生物可降解温敏性物理交联水凝胶的研究进展.docx

第３０卷第１１期高分子材料科学与工程Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１１２０１４年１１月ＰＯＬＹＭＥＲ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＮｏｖ．２０１４生物可降解温敏性物理交联水凝胶的研究进展毛海良，潘鹏举，单国荣，包永忠（浙江大学化学工程与生物工程学系化学工程联合国家重点实验室，浙江杭州３１００２７）摘要：近年来，原位形成的水凝胶体系已有诸多报道，通过溶剂交换、紫外线照射、离子浓度、ｐＨ值和温度的改变可原位 诱导凝胶化转变。温敏性凝胶体系通常具有微妙的疏水－亲水两亲性平衡，在不需要有机溶剂、偶联剂和其它外界刺激的条件下，仅通过改变环境温度即可触发凝胶化相转变。生物可降解的温敏性水凝胶具有广阔的应用前景，既能作为药 物缓释与输送的载体，也可用作组织再生的支架等生物医学材料。文中根据凝胶基体共聚物拓扑结构的不同，详细综述 了近年生物可降解温敏性物理交联水凝胶的研究进展，及其化学物理结构与凝胶化行为、凝胶特性之间的内在联系。关键词：温敏性；生物可降解；水凝胶；共聚物中图分类号：ＴＢ３８１文献标识码：Ａ文章编号：１０００－７５５５（２０１４）１１－０１８０－０５温敏性水凝胶是一种水溶性的聚合物体系 ，可随着环境温度的变化改变其自身的亲疏水性和凝胶网络 的尺寸及体积，发生溶胶－凝胶或凝胶－溶胶相转变［１］。结构的共聚物体系。１二嵌段ＢＰＣＴＨ体系（Ａ－ｂ－Ｂ）［１３］由于其临界凝胶化转变温度（Ｔｇｅｌ）接近人体生理环境１９９７年，Ｊｅｏｎｇ等在《Ｎａｔｕｒｅ》上 首次报道了由温度，且可调控，所以温敏性水凝胶受到了研究者们的 广泛关注［２－８］。温敏性物理交联水凝胶在凝胶形成过程中不涉及化学反应，分子链间的交联通过非共价的物理作用力（如疏水相互作用、范德华力、氢键及链段缠结等）形成。与化学交联相比，温敏性物理交联水凝 胶在无偶联剂、光辐照、有机溶剂条件下，仅通过改变环境温度即可发生相变［１，９］。因此，温敏性物理交联水凝胶在药物控释载体、活性细胞封装、组织修复工程等领域有广阔的应用前景［１０］。典型的生物可降解温敏性物理交联水凝胶（ＢＴ－ＰＣＨ）由可生物降解的疏水性链段Ａ和亲水性链段Ｂ 构成，为两亲性共聚物［９］。ＢＴＰＣＨ通过疏水相互作用，保持体系的疏水－亲水性平衡。当Ａ链段过长时， ＢＴＰＣＨ不溶于水；相反，如果Ｂ链段过长时，ＢＴＰＣＨ在升温时不发生溶胶－凝胶转变。Ａ链段可为脂肪族聚酯、脂肪族聚碳酸酯、壳聚糖、聚磷腈、多肽等生物可降解聚合物［１１］。Ｂ链段通常为聚乙二醇（ＰＥＧ）或聚氧化乙烯（ＰＥＯ），其末端基－ＯＨ可被其他官能团所替代［１２］。ＰＥＧ有线型和支化结构，通过嵌段共聚或接 枝共聚，可制备二嵌段、三嵌段、多嵌段、多支化等拓扑单端羟基的ＰＥＧ引发Ｌ－丙交酯的开环聚合所制备的ＰＥＧ－ｂ－聚左旋丙交酯（ＰＬＬＡ）二嵌段ＢＰＣＴＨ，当温度升高时，ＰＥＧ－ｂ－ＰＬＬＡ呈现凝胶－溶胶相转变。通过调控嵌段共聚物的共聚组成，可改变ＰＥＧ－ｂ－ＰＬＬＡ的Ｔｇｅｌ。对于具有相同ＰＥＧ嵌段长度的ＰＥＧ－ｂ－ＰＬＬＡ共聚物，随着ＰＬＬＡ链段长度的增大，临界凝胶浓度（ＣＧＣ）降低，凝胶化窗口变宽；而ＰＬＬＡ嵌段长度相同时，随着ＰＥＧ嵌段长度的增加，ＣＧＣ升高，凝胶化窗口变窄（Ｆｉｇ．１ａ）。其他二嵌段ＢＰＣＴＨ有ＰＥＧ－ｂ－聚己内酯（ＰＣＬ）［１４］和ＰＥＧ－ｂ－聚乙丙交酯（ＰＬ－ＧＡ）［１５］。由于这些二嵌段ＢＰＣＴＨ在温度升高时发生凝胶－溶胶相转变（Ｆｉｇ．１ａ），因此限制了其在生物医学领域的应用。*三嵌段ＢＰＣＴＨ体系２．１Ｂ－Ａ－Ｂ体系Ｊｅｏｎｇ等［１３］首先报道了基于ＰＥＧ－ＰＬＬＡ－ＰＥＧ嵌 段共聚物的ＢＰＣＴＨ。该聚合物采用两步开环聚合法制备，首先以单端羟基的ＰＥＧ为引发剂，合成了ＰＥＧ－ｂ－ＰＬＬＡ两嵌段共聚物，再以１，６－己二异氰酸酯（ＨＭ－收稿日期：２０１３－１０－１８基金项目：国家自然科学基金资助项目２１２７４１２８）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（２０１３ＦＺＡ４０１９） 通讯联系人：潘鹏举，主要从事生物基／生物可降解高分子的研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｐａｎｐｅｎｇｊｕ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ第１１期毛海良等：生物可降解温敏性物理交联水凝胶的研究进展１８１ＤＩ）为偶联剂，反应得到了以ＰＬＬＡ为中心的三嵌段共聚物ＰＥＧ－ＰＬＬＡ－ＰＥＧ［１５］。在４５℃水溶液中，该聚合物呈溶胶状，当温度降至３７℃时开始形成凝胶。Ｔｇｅｌ与共聚物组成有关，随着ＰＬＬＡ链段的增长而呈升高趋势（Ｆｉｇ．１ｂ）。Ｌｉ等［１６］在原有合成方法的基础上采用锌粉作为催化剂，替代了具有细胞毒性的辛酸亚锡，并以已二酰氯为偶联剂，替代了较难水解的ＨＭＤＩ偶联氨酯键。当温度升高至３４℃时，ＰＥＧ－ＰＬＡ－ＰＥＧ体系（