摘要

生理相關的 pH 和溫度響應多肽生物材料由于其多功能的形態和響應環境變化的功能而受到越來越多的關注。最近，中國科學院長春應用化學研究所賀超良副研究員/陳學思院士團隊通過開環聚合和后修飾策略制備了一系列多肽水凝膠，其具有可調的膠凝溫度和 pH 值、可逆的溶膠-凝膠相變和粘附性能。

這種方法主要基于兩親聚合物的自組裝，分別采用聚（乙二醇）和聚（L-谷氨酸）衍生物作為溫度和 pH 響應片段。該團隊通過實驗證明，溫度和 pH 響應是分子間相互作用、靜電排斥和二級結構變化綜合影響的結果。該水凝膠可降解，在體內具有良好的生物相容性。此外，水凝膠顯示出對多種材料的粘合性能。這項研究提供了一類新的刺激響應水凝膠，可以響應生理相關的 pH 值和溫度，并表現出獨特的粘附特性，以及潛在的凝膠化機制。相關論文以題為Physiologically relevant pH- and temperature-responsive polypeptide hydrogels with adhesive properties發表在《Polymer Chemistry》上。

EG₄₅(E_xP_k)_m (A)和EG₄₅(E_xPA_y)_m (B)的合成路線示意圖

熱和 pH 響應

兩親性嵌段聚合物在溶解在熱力學良好溶劑中以形成一個或多個嵌段而不是其他嵌段時，往往會自組裝成各種納米結構。一旦達到臨界濃度，它們就會在宏觀上顯示出相變。以前的研究已經表征了含有 PEG 和疏水性嵌段的兩親性嵌段聚合物的凝膠化。

溶膠-凝膠轉變

為了研究 PPCA 溶液在 PBS 中的膠凝行為，使用倒置管法檢查其在不同 pH 值下的溶膠-凝膠轉變（圖 2A 和 B）。

水凝膠形成機制

多肽構象首先通過圓二色性 (CD) 作為組成、溫度和 pH 的函數進行研究。如圖3所示，PPCAs主要采用β-折疊構象。

PPCA 水凝膠的凝膠化和粘附機制示意圖

生物相容性和降解

粘附特性

由于多肽和 MEPP 基團提供了在共聚物鏈和粘合劑界面之間形成 H 鍵的可行性，我們檢查了 PPCA 在不同材料上的粘合性能。如圖6A所示，水凝膠與鋼、玻璃、聚丙烯、特氟龍、石頭、木材、骨骼和皮膚之間可以形成牢固的粘附。

總結

該團隊成功地制備了一系列具有粘附性能的pH和溫度雙響應PEG-多肽嵌段共聚物水凝膠。溶膠-凝膠轉變溫度范圍為 10 °C 至 70 °C，pH 為 7.4，可通過PPCA的濃度和組成進行調整。PPCA水凝膠的凝膠溫度和儲能模量受 pH 從6.5變為7.4的顯著影響。此外，水凝膠顯示出可逆的溶膠-凝膠轉變，以響應 pH 變化的單一刺激。因此，可以使用該系統實現對生理相關 pH 值和溫度做出響應的定制水凝膠。隨后，團隊在體外和體內證實了PPCA水凝膠良好的生物相容性和生物降解性。此外，多肽水凝膠表現出獨特的粘附性能，粘附強度取決于三唑環和N,N'-取代哌嗪基團的摩爾分數和pH值。因此，該研究為構建具有獨特功能（如粘附特性）的生理相關刺激響應水凝膠提供了一種新策略。

參考文獻：

doi.org/10.1039/D1PY00290B

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