水凝膠是含有大量水分的3D網絡結構的聚合物。而刺激性響應性水凝膠是在水凝膠的基礎上改變其內部組成使其對pH,光，外力，熱等外部刺激下具有響應性的功能化水凝膠。制備微陣列的水凝膠對藥物傳送，傳感器和組織工程具有重要的意義。這種水凝膠可以通過具有刺激響應性的聚合物制備，從而得到對環境有刺激響應的微陣列水凝膠。盡管這種方法已經成熟，但由于在凝膠過程中聚集聚合物非常困難，因此制備具有圖案化的水凝膠卻很少有報道。

最近，英國劍橋大學化學系的OrenA. Scherman教授與ChrisAbell教授及Ziyi Yu博士報道了通過超分子自組裝構建了可以藥物傳送和化學傳感的微陣列水凝膠。在這之前，水凝膠的微陣列技術主要集中在水凝膠的微珠陣列，這就導致了加載性能，可擴展性，特異性和多功能性差的缺點。而基于超分子主-客識別制備的微陣列水凝膠不僅有均一的尺寸，而且在藥物傳送，拉曼光譜的增強中有很大的應用。該成果以“Patterned Arrays of Supramolecular Microcapsules”為題發表于《Advanced Functional Materials》。

圖文導讀

圖1. 微陣列水凝膠的制備  

(a) 將玻璃基板改性，制備微滴陣列并原位形成超分子水凝膠微膠囊陣列；(b) 在微滴表面自組裝形成微陣列凝膠；(c) HBP-CB[8]，HEC-Np及CB[8]結構式；

如上圖所示，(a) Piranha溶液、三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷及聚二甲基硅氧烷對玻璃基底進行處理，得到了圖案為親水性，其他部分為疏水性的玻璃基底；(b)由于油層帶有負電荷，HBP-CB[8]和HEC-Np帶有正電荷，在靜電作用下，超分子在水-油界面進行自組裝形成微陣列凝膠。

圖 2. 圖案化微陣列凝膠的制備

(a-c) 圓形，雪人和十字交叉微陣列凝膠的光學照片;(d-f) 半球性微陣列凝膠動態組裝過程的明場圖像;(g-i) SEM圖，g為f圖中區域1，h為f圖中區域2，i為剖視圖。

如上圖所示，通過超分子自組裝可以輕松地制備不同圖案的微陣列凝膠(a-c)；由于基板和聚合物的粘附，微滴并不會漂浮，同時油層使水分緩慢揮發，聚合物可以再水-油界面自組裝(d-f);由于水分的揮發，聚合物表面形成褶皺(g-i)。

圖3. 微陣列凝膠的藥物保留

(a) 水化后“劍橋大學”Logo；(b) (c) 染色前后的微陣凝膠；(d) ADA侵蝕支化的微陣列凝膠(e) ADA侵蝕線性微陣凝膠

如上圖所示，(a)圖中，水化后的微陣列凝膠表現為透明性；(b)(c)圖中，熒光染料的引入并沒有影響為超分子的自組裝形成微陣列凝膠；(d)(e)圖中，由于CB[8]機械鎖住聚合物鏈段，形成支化結構，ADA無法侵蝕微陣列凝膠，而對于線性的微陣列凝膠，ADA則能很快侵蝕。

圖4. 微陣列凝膠的藥物輸送能力

(a) 微陣列凝膠水化后的藥物保留能力；(b)線性和支化微陣列凝膠的藥物輸送速度；(c)藥物含量對微陣列凝膠藥物釋放的影響。

 (a)圖中，支化微陣列凝膠比線性微陣列凝膠有較強的藥物保留能力； (b)圖中，線性微陣列凝膠在10 min內釋放80%藥物，而支化微陣列凝膠在10min內釋放20%藥物，之后在2h內釋放50%藥物，說明支化微陣列凝膠有較強且穩定的藥物釋放能力； (c)圖中，藥物含量對微陣列凝膠的藥物釋放有明顯的影響。

圖5. 微陣列凝膠固定金納米顆粒的光譜增強

(a) 金納米顆粒被固定在微陣列凝膠表面；(b)微陣列凝膠固定金納米顆粒前后的SERS光譜；(c)微陣列凝膠載入藥物后固定金納米顆粒的SERS光譜。

(a)圖中，微陣列凝膠固定金納米顆粒后，SERS光譜被增強；(b)(c)圖中，微陣列凝膠固定金納米顆粒后SEM圖；(d)(e)圖中，固定金納米顆粒后，微陣列凝膠載入藥物前后的SERS光譜都得到增強。

小  結

在本次工作中，作者通過一種簡單的方法，利用超分子自組裝（HBP-CB[8]與HEC-Np之間的主-客識別和靜電相互作用）制備了微陣列凝膠。有望在藥物傳遞，生物傳感，高通量分析等領域得到應用。

來源：高分子凝膠前沿進展