贺超良/陈学思院士:生理相关 pH 和温度响应多肽水凝胶胶粘剂

摘要

生理相关的 pH 和温度响应多肽生物材料由于其多功能的形态和响应环境变化的功能而受到越来越多的关注(www.hqyd.net)。最近,中国科学院长春应用化学研究所贺超良研究员/陈学思院士团队通过开环聚合和后修饰策略制备了一系列多肽水凝胶,其具有可调的胶凝温度和 pH 值、可逆的溶胶-凝胶相变和粘附性能。

这种方法主要基于两亲聚合物的自组装,分别采用聚(乙二醇)和聚(L-谷氨酸)衍生物作为温度和 pH 响应片段。该团队通过实验证明,温度和 pH 响应是分子间相互作用、静电排斥和二级结构变化综合影响的结果。该水凝胶可降解,在体内具有良好的生物相容性。此外,水凝胶显示出对多种材料的粘合性能。这项研究提供了一类新的刺激响应水凝胶,可以响应生理相关的 pH 值和温度,并表现出独特的粘附特性,以及潜在的凝胶化机制。相关论文以题为Physiologically relevant pH- and temperature-responsive polypeptide hydrogels with adhesive properties发表在《Polymer Chemistry》上。

EG45(ExPk)m (A)和EG45(ExPAy)m (B)的合成路线示意图

热和 pH 响应

两亲性嵌段聚合物在溶解在热力学良好溶剂中以形成一个或多个嵌段而不是其他嵌段时,往往会自组装成各种纳米结构。一旦达到临界浓度,它们就会在宏观上显示出相变。以前的研究已经表征了含有 PEG 和疏水性嵌段的两亲性嵌段聚合物的凝胶化。

溶胶-凝胶转变

为了研究 PPCA 溶液在 PBS 中的胶凝行为,使用倒置管法检查其在不同 pH 值下的溶胶-凝胶转变(图 2A 和 B)。

水凝胶形成机制

多肽构象首先通过圆二色性 (CD) 作为组成、温度和 pH 的函数进行研究。如图3所示,PPCAs主要采用β-折叠构象。

PPCA 水凝胶的凝胶化和粘附机制示意图

生物相容性和降解

粘附特性

由于多肽和 MEPP 基团提供了在共聚物链和粘合剂界面之间形成 H 键的可行性,我们检查了 PPCA 在不同材料上的粘合性能。如图6A所示,水凝胶与钢、玻璃、聚丙烯、特氟龙、石头、木材、骨骼和皮肤之间可以形成牢固的粘附。

总结

该团队成功地制备了一系列具有粘附性能的pH和温度双响应PEG-多肽嵌段共聚物水凝胶。溶胶-凝胶转变温度范围为 10 °C 至 70 °C,pH 为 7.4,可通过PPCA的浓度和组成进行调整。PPCA水凝胶的凝胶温度和储能模量受 pH 从6.5变为7.4的显着影响。此外,水凝胶显示出可逆的溶胶-凝胶转变,以响应 pH 变化的单一刺激。因此,可以使用该系统实现对生理相关 pH 值和温度做出响应的定制水凝胶。随后,团队在体外和体内证实了PPCA水凝胶良好的生物相容性和生物降解性。此外,多肽水凝胶表现出独特的粘附性能,粘附强度取决于三唑环和N,N'-取代哌嗪基团的摩尔分数和pH值。因此,该研究为构建具有独特功能(如粘附特性)的生理相关刺激响应水凝胶提供了一种新策略

参考文献

doi.org/10.1039/D1PY00290B

版权声明:高分子材料科学」旨在分享学习交流高分子聚合物材料学等领域的研究进展。编辑水平有限,上述仅代表个人观点。投稿,荐稿或合作请后台联系编辑。感谢各位关注!

公司名称:深圳市精城鑫模具配件有限公司