化學所在水凝膠的可控構(gòu)筑及功能化方面取得進展

　　高分子水凝膠是一種具有三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子材料，在組織工程、傷口敷料、疾病診斷與治療等生物醫(yī)學工程領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。但是，傳統(tǒng)水凝膠的性能難調(diào)控、力學強度弱、生物相容性差、生物不可降解，限制了其臨床實際應(yīng)用。

　　在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下，中科院化學研究所高分子物理與化學實驗室吳德成課題組科研人員在水凝膠的可控制備方面取得新進展。研究人員設(shè)計了一類具有易斷裂重排的雙硫鍵連接核殼結(jié)構(gòu)的兩親性超支化高分子，通過調(diào)節(jié)聚合物水溶液的酸堿度可觸發(fā)或終止體系巰基雙硫鍵交換反應(yīng)來精確控制交聯(lián)反應(yīng)的引發(fā)、終止及再引發(fā)，實現(xiàn)了水凝膠的可控制備（J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 15140-15143）；通過交聯(lián)體系微納米化，如先分散為微納米液滴，再觸發(fā)交聯(lián)反應(yīng)，實現(xiàn)了單層到三層微納米水凝膠粒子的可控制備，證明得到的微納米凝膠粒子具有結(jié)構(gòu)、粒徑和穩(wěn)定性可調(diào)控的功能（ACS Macro Lett. 2012, 1, 1295-1299）；他們也證實了凝膠可控制備的普適性：具有雙硫鍵連接的無機POSS 核/親水殼結(jié)構(gòu)的星形高分子適用于高力學強度雜化凝膠的可控制備（Polym. Chem. 2013, 4, 4596-4600）；制備了親水鏈段經(jīng)雙硫鍵接枝疏水聚合物主鏈的刷形高分子，實現(xiàn)了水凝膠的光觸發(fā)可控制備，拓展凝膠可控制備的調(diào)控手段，與pH控制相比，光控方法更簡單、易操作、與體系非直接接觸，在時間和空間上更容易實現(xiàn)水凝膠的定制化制備（Polym. Chem. 2016, 7, 1429-1438）。

　　該實驗室的研究人員也在高強水凝膠的功能構(gòu)筑及生物醫(yī)用方面取得新進展。他們與解放軍總醫(yī)院的科研人員合作開發(fā)了一種負載萬古霉素的四臂聚乙二醇水凝膠的止血抑菌材料，該水凝膠可原位形成覆蓋不規(guī)則形狀的傷口，具有優(yōu)異的力學性能、生物相容性、止血效果和抑菌能力，適用于戰(zhàn)爭、車禍以及自然災害等情況下的傷員緊急救治（ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 12674-12683）。最近，他們利用簡單的溶液浸泡方法將殼聚糖復合凝膠轉(zhuǎn)化為高強高韌且能夠快速恢復的物理-化學雙網(wǎng)絡(luò)凝膠（如圖）：將短鏈殼聚糖通過氫鍵結(jié)合到共價聚丙烯酰胺網(wǎng)絡(luò)中制備了殼聚糖復合水凝膠，而后通過堿性及鹽溶液浸泡處理復合凝膠誘導殼聚糖微晶和鏈纏結(jié)物理網(wǎng)絡(luò)的形成，獲得了具有卓越力學性能的物理-化學雙網(wǎng)絡(luò)凝膠；該凝膠具有高的拉伸強度（約2 MPa），超高韌性（斷裂能約10 kJ m−2），快速的自恢復能力，優(yōu)異的負重能力、抗碾壓性能和抗疲勞性能（Adv. Mater. 2016, 28, 7178-7184）。該研究成果發(fā)表后被MaterialsViewsChina工作亮點報道。

　　圖：將復合水凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢?化學交聯(lián)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的轉(zhuǎn)變機制