一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠及其制備方法與應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠及其制備方法與應(yīng)用，屬于新型生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域。所述胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠包括：短效胰島素、基于二齒β?環(huán)糊精的D?葡萄糖專一性受體和聚丙烯酰胺水凝膠；所述聚丙烯酰胺水凝膠作為生物支架負(fù)載所述基于二齒β?環(huán)糊精的D?葡萄糖專一性受體，所述短效胰島素預(yù)載于所述基于二齒β?環(huán)糊精的D?葡萄糖專一性受體中。所述制備方法工藝簡單可控；通過D?葡萄糖與基于二齒β?環(huán)糊精的D?葡萄糖專一性受體的特異結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精確監(jiān)測葡萄糖濃度變化，并按需觸發(fā)胰島素釋放，因此能夠用于制備降血糖藥物或食品中的應(yīng)用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠及其制備方法與應(yīng)用
本專利技術(shù)屬于新型生物醫(yī)用材料
，涉及一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
葡萄糖是大多數(shù)細(xì)胞的主要能量來源，各種生物已經(jīng)進(jìn)化出許多復(fù)雜的機(jī)制來感知D-葡萄糖并適當(dāng)?shù)赜|發(fā)生物反應(yīng)。對于人類來說，胰島素的釋放是由高血糖特別觸發(fā)的，以調(diào)節(jié)其代謝。否則會導(dǎo)致高血糖或糖尿病。目前流行的治療程序是胰島素給藥控制患者血糖水平，即血糖儀監(jiān)測血糖變化，然后皮下注射胰島素。然而，在治療過程中，急性低血糖癥狀往往是由于過度使用胰島素而誘發(fā)的，并伴有致命的危險。這對以胰島素為基礎(chǔ)的糖尿病治療的安全性提出了巨大挑戰(zhàn)。因此，研究人員致力于探索自動葡萄糖響應(yīng)胰島素釋放系統(tǒng)，以提高治療的安全性和有效性。該葡萄糖響應(yīng)機(jī)制需要設(shè)計對D-葡萄糖專一性識別的化學(xué)配體和胰島素自控釋放系統(tǒng)，然而，當(dāng)前用于D-葡萄糖專一性檢測和胰島素釋放系統(tǒng)的化學(xué)材料的研發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后?，F(xiàn)有的技術(shù)瓶頸在于將D-葡萄糖與其各種構(gòu)型異構(gòu)體(例如，D-果糖和D-半乳糖)區(qū)分開來，這些異構(gòu)體具有細(xì)微的結(jié)構(gòu)差異，但存在于人體許多重要的代謝途徑中。苯硼酸功能化材料已被探索用于葡萄糖檢測和胰島素釋放。然而，大多數(shù)材料對D-葡萄糖識別的特異性極低。到目前為止，Shinkai類型配體(即基于芳烴的二硼酸，DBA)是最成功的合成選擇劑，顯示出對D-葡萄糖的高度特異性化學(xué)反應(yīng)特征(即局部pH值下降)。通常，配體是通過修飾剛性芳香環(huán)上的雙苯基硼酸取代基來設(shè)計的，從而形成D-葡萄糖狹縫。然而，其芳香骨架的生物相容性較差，需要對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男?，以便在體內(nèi)應(yīng)用。此外，目前DBA主要用于葡萄糖的光學(xué)檢測葡萄糖，而生理條件下，由于葡萄糖和DBA的絡(luò)合作用，pH值的局部下降這一特征在胰島素釋放上的功能尚未得到充分利用。環(huán)糊精(CD)是一種基于主客體包結(jié)機(jī)制的分子識別方法，它是由疏水相互作用驅(qū)動的，遵循一個大小互斥的規(guī)則。初級邊緣β-CD的直徑為0.58nm，與葡萄糖的O1和O4之間的距離(即～0.6nm)匹配良好。然而，β-環(huán)糊精及其衍生物對葡萄糖的選擇性并不顯著。目前，在溶液中分別加入環(huán)糊精和苯基硼酸取代配體，以協(xié)同傳感D-葡萄糖。其傳感機(jī)理依賴于環(huán)糊精通過主客體包合作用與配體的芳基部分成功地絡(luò)合，而這種絡(luò)合作用很容易被溶液條件所改變。同時，許多疏水性代謝物在體內(nèi)可與環(huán)糊精形成主客體包合物，干擾D-葡萄糖傳感模型。然而，考慮到D-葡萄糖的高極性，在環(huán)糊精的主環(huán)(CD-rim)上至少需要兩個取代基來代替CD空腔的疏水包合。與單取代β-CD衍生物相比，二齒β-CD衍生物的研究較少。同時，由于β-CD中有7個葡萄糖基單元，在CD環(huán)上隨機(jī)引入兩個取代基會產(chǎn)生多種異構(gòu)體，降低選擇性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的目的在于提供一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠及其制備方法與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對D-葡萄糖濃度專一性響應(yīng)，并按需觸發(fā)胰島素釋放。為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：本專利技術(shù)公開了一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠，包括：短效胰島素、基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體和聚丙烯酰胺水凝膠；其中，聚丙烯酰胺水凝膠作為生物支架負(fù)載基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體，短效胰島素預(yù)載于基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體中。優(yōu)選地，短效胰島素、基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體和聚丙烯酰胺水凝膠的用料質(zhì)量比為0.02～0.4mg:0.01～0.06mg:1mL。優(yōu)選地，所述基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體的結(jié)構(gòu)式如下：本專利技術(shù)還公開了一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠的制備方法，包括以下步驟：1)將NaH和2,6-O-二甲基-β-環(huán)糊精均勻分散于溶劑中得到反應(yīng)介質(zhì)，將所得反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行一階段反應(yīng)，一階段反應(yīng)后繼續(xù)加入葡萄糖橋聯(lián)共軛物進(jìn)行二階段反應(yīng)，二階段反應(yīng)后繼續(xù)加入酸性添加劑釋放D-葡萄糖模板，得到混合溶液，將所得混合溶液經(jīng)過濾后洗滌，得到產(chǎn)物體系，將所得產(chǎn)物體系經(jīng)過濾收集濾液B，將所得濾液B用氮?dú)獯蹈桑玫交诙Xβ-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體；2)利用丙烯酰胺、N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺、過氧化二硫酸鉀、步驟1)制得的基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體和N,N,N',N'-四甲基乙二胺通過原位聚合反應(yīng)，制得負(fù)載基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體的水凝膠；3)向步驟2)所得負(fù)載基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體的水凝膠中預(yù)載短效胰島素，制得胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠。優(yōu)選地，步驟1)中，葡萄糖橋聯(lián)共軛物通過以下操作制得：以D-葡萄糖作為模板，與4-溴甲基苯硼酸進(jìn)行共軛反應(yīng)，得到產(chǎn)物介質(zhì)；將所得產(chǎn)物介質(zhì)經(jīng)過濾除雜，得到濾液A；在惰性氣氛下干燥所得濾液A干燥，得到葡萄糖橋聯(lián)共軛物；其中，4-溴甲基苯硼酸和D-葡萄糖的反應(yīng)投料摩爾比為1:2～2:1；其中，共軛反應(yīng)的溫度為0～60℃，時間為6～24h。優(yōu)選地，步驟1)中，NaH、2,6-O-二甲基-β-環(huán)糊精、葡萄糖橋聯(lián)共軛物和酸性添加劑的反應(yīng)投料摩爾比為1～7:1:1:1～7。優(yōu)選地，步驟1)中，一階段反應(yīng)的反應(yīng)溫度為0～60℃，時間為4～18h，二階段反應(yīng)的反應(yīng)溫度為0～60℃，時間為4～12h。優(yōu)選地，步驟2)中，原位聚合反應(yīng)包括以下操作：配制丙烯酰胺水溶液、N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺水溶液、過氧化二硫酸鉀水溶液、步驟1)所得基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體水溶液、以及N,N,N',N'-四甲基乙二胺水溶液，然后以丙烯酰胺水溶液、N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺水溶液、過氧化二硫酸鉀水溶液、基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體水溶液和N,N,N',N'-四甲基乙二胺水溶液的反應(yīng)投料比為70～1355μL:9.2μL:100μL:516μL:0.050μmol，進(jìn)行原位聚合反應(yīng)；其中，丙烯酰胺水溶液的濃度為7mol/L，N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺水溶液的濃度為0.072mol/L，過氧化二硫酸鉀的濃度為0.037mol/L，基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體水溶液的濃度為20mmol/L。優(yōu)選地，步驟3)中，短效胰島素的濃度為20μg/mL～400μg/mL。本專利技術(shù)還公開了上述一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠或上述制備方法制得的一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠用于制備降血糖藥物或食品中的應(yīng)用。本專利技術(shù)還公開了上述一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠或上述制備方法制得的一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠用于食品中D-葡萄糖標(biāo)識檢測中的應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：本專利技術(shù)公開了一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠，通過以聚丙烯酰胺水凝膠作為生物支架負(fù)載基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體，通過預(yù)載短效胰島素于所述基于二齒β本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠，其特征在于，包括：短效胰島素、基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體和聚丙烯酰胺水凝膠；/n其中，聚丙烯酰胺水凝膠作為生物支架負(fù)載基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體，短效胰島素預(yù)載于基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體中。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠，其特征在于，包括：短效胰島素、基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體和聚丙烯酰胺水凝膠；
其中，聚丙烯酰胺水凝膠作為生物支架負(fù)載基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體，短效胰島素預(yù)載于基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體中。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠，其特征在于，短效胰島素、基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體和聚丙烯酰胺水凝膠的用料質(zhì)量比為0.02～0.4mg:0.01～0.06mg:1mL。


3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠，其特征在于，所述基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體的結(jié)構(gòu)式如下：





4.一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
1)將NaH和2,6-O-二甲基-β-環(huán)糊精均勻分散于溶劑中得到反應(yīng)介質(zhì)，將所得反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行一階段反應(yīng)，一階段反應(yīng)后繼續(xù)加入葡萄糖橋聯(lián)共軛物進(jìn)行二階段反應(yīng)，二階段反應(yīng)后繼續(xù)加入酸性添加劑釋放D-葡萄糖模板，得到混合溶液，將所得混合溶液經(jīng)過濾后洗滌，得到產(chǎn)物體系，將所得產(chǎn)物體系經(jīng)過濾收集濾液B，將所得濾液B用氮?dú)獯蹈?，得到基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體；
2)利用丙烯酰胺、N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺、過氧化二硫酸鉀、步驟1)制得的基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體和N,N,N',N'-四甲基乙二胺通過原位聚合反應(yīng)，制得負(fù)載基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體的水凝膠；
3)向步驟2)所得負(fù)載基于二齒β-環(huán)糊精的D-葡萄糖專一性受體的水凝膠中預(yù)載短效胰島素，制得胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠。


5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種胰島素/二齒環(huán)糊精/聚丙烯酰胺智能水凝膠的制備方法，其特征在于，步驟1)中，葡萄糖橋聯(lián)共軛物通過以下操作制得：
以D-葡萄糖作為模板，與4-溴甲基苯硼酸進(jìn)行共軛反應(yīng)，得到產(chǎn)物介質(zhì)；將所得產(chǎn)物介質(zhì)經(jīng)過濾除雜，得到濾液A；在惰性氣氛下干燥所得濾液A干燥，得到葡萄糖橋聯(lián)共軛物；
其中，4-溴甲基苯...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王任其，陳詠梅，田玉輝，
申請(專利權(quán))人：陜西科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61