化學(xué)所在水凝膠的可控構(gòu)筑及功能化方面取得進(jìn)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(xué)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(xué)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(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的大力支持下，中科院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)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(jìn)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(xué)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(jìn)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(fù)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(xué)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(zāi)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(fù)合凝膠轉(zhuǎn)化為高強高韌且能夠快速恢復(fù)的物理-化學(xué)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(fù)合水凝膠，而后通過堿性及鹽溶液浸泡處理復(fù)合凝膠誘導(dǎo)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(xué)性能的物理-化學(xué)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(fù)能力，優(yōu)異的負(fù)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(fù)合水凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢?化學(xué)交聯(lián)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的轉(zhuǎn)變機制