全小分子动态共价水凝胶新发现

低分子量水凝胶具有易于制备、生物响应性好、可降解等特点,在细胞培养、组织工程和药物控制释放等领域有着重要的应用前景。目前报导的小分子水凝胶通常是由小分子凝胶剂在溶液中通过非共价超分子组装形成纤维网络,进一步形成水凝胶。近日,华南理工大学华南软物质科学与技术高等研究院王辉等人基于氨基糖苷和甲醛,发展了一类由小分子通过动态化学键形成的水凝胶,该水凝胶制备简单、载药量高、具有多重刺激响应等特性,该工作发表于Materials Chemistry Frontiers2019, 3, 472-475)。

氨基糖苷是一类广谱抗生素,分子结构中具有多个氨基和糖环,是非常理想的小分子成胶基元。分子中的氨基可以与甲醛形成半胺醛动态共价网络,糖环上的羟基又可以通过氢键作用稳定交联网络。这两种可逆的相互作用对于水凝胶的形成都必不可少。研究发现,该水凝胶具有良好的温度可逆性和酸响应性。此外,水凝胶对碱金属离子和卤素阴离子也很敏感。通过在成胶过程中加入不同的阳离子和阴离子,可以很容易地调节水凝胶的机械强度。 

1 水凝胶的制备及表征

A)妥布霉素-甲醛小分子动态共价水凝胶的合成示意图;(B)水凝胶的制备过程;(C)水凝胶的流变学性能表征;(D)剪切速率对凝胶粘度的影响;(E)水凝胶的可注射性;(F)水凝胶的涂层展示;(G)水凝胶的形状可塑性。

2 水凝胶的温度和酸响应性

A水凝胶温度/酸响应原理图;(B)水凝胶随温度变化的流变曲线;(C)水凝胶在多次升温-降温循环过程中的存储模量和损耗模量的变化;(D)水凝胶在不同温度条件下的降解曲线;(E)水凝胶在不同 pH 条件下的降解曲线。

3 水凝胶的离子响应性能

A20 mM LiClNaClKClRbCl对水凝胶模量的影响;(B20 mM NaFNaClNaBrNaI对水凝胶模量的影响;(C20 mM NaFNaClNaBrNaI对凝胶转变温度的影响(D20 mM LiI对凝胶模量的影响。

4 新霉素-甲醛水凝胶的性能表征

A)新霉素-甲醛水凝胶模量随时间变化的曲线;(B水凝胶在多次升温-降温循环过程中模量的变化;C水凝胶在不同pH 环境中的降解曲线;(D20 mM LiI对水凝胶模量的影响。

 

Hui Wang, Yiyun Cheng*. All-small-molecule dynamic covalent hydrogels with multistimuli responsiveness, Materials Chemistry Frontiers, 2019, 3, 472-475.

原文链接: http://dx.doi.org/10.1039/C8QM00612A 

 


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