两亲性可降解导电聚合物及其可注射水凝胶的制备与性能研究

Degradable and electrically conducting polymers with the unique properties of being electrically conducting and degradable are used as bioactive scaffolds for tissue engineering. Most of the exsiting degradable conduting polymers dissolve in common organic solvent. However, this could lead to environmental problem and toxicity, especially when used in vivo. In this proposal, on the basis of our previous work on design and synthesis of degradable conduting polymers with different architecture, we will synthesize two kinds of amphiphilic ABC type triblock and ABCBA type multiblock copolymers, where A, B and C represent poly(ethylene glycol), aliphatic polyester and aniline oliogomers, respectively. These rod-coil block copolymers would self-assemble in water due to their amphiphilic nature. These micelles will transform into injectable hydrogles with increasing the polymer concentration in aqueous solution. The effect of composition, structure, block length, oxidation state of aniline oligomer on the self-assembly behavior will be discussed. The optimized condition for the transition and the properties of the injectable hydrogels will be studied. The cytotoxicity of these materials will also be investigated. These conductive degradable injectable hydrogels as scafolds have great petential application in neural, bone and cardic regeneration where electroactiviety is needed. This will lead to new possibilities of applications of degradable conducting polymers in tissue engineering.

生物可降解导电聚合物作为生物活性支架材料在再生医学中具有重要的应用价值。然而目前报道的可降解导电高分子材料不具有两亲性质，一般只能溶解在有机溶剂中，不利于环境保护和严重阻碍在人体内的应用。为此，在我们合成不同大分子构造的可降解导电聚合物的前期研究基础上，本项目拟合成两类两亲性的可降解导电高分子材料-ABC型和ABCBA型两亲性可降解导电共聚物(A:苯胺寡聚物嵌段；B:脂肪族聚酯可降解嵌段；C:聚乙二醇亲水性嵌段)。这些两亲性导电嵌段聚合物在水溶液中自组装形成胶束；胶束浓度增大形成导电性生物降解可注射水凝胶。本项目拟研究聚合物组成、结构、嵌段大小、苯胺氧化态等对自组装行为的影响，以及导电可注射水凝胶的形成条件及性能，并测定其细胞毒性，为可注射水凝胶作为可注射导电组织工程支架在神经、骨骼、心脏等电信号刺激敏感的组织修复中的应用奠定基础，最终将为可降解导电聚合物在组织工程中的应用提供新的途径。

本征型导电高分子可以促进细胞的粘附、增殖和分化，在对电信号敏感组织的修复中具有重要的应用价值。但是导电聚合物的不可加工性和不可降解性限制了他们在组织再生中的应用。另外，目前报道的可降解导电聚合物大部分只能溶解在有机溶剂中，从而会影响材料的细胞相容性。所以，本项目合成具有两亲性的可降解导电聚合物，通过调控聚合物的组成和亲水性，从而使他们溶解在水溶液中，可以制备成可降解的导电性可注射水凝胶。本项目主要从以下几个方面开展了研究：1. 利用化学交联的方法合成了京尼平交联明胶接枝聚苯胺水凝胶。2. 通过双网络技术设计并合成了基于明胶接枝聚苯胺/羧甲基壳聚糖高强度可降解导电性可注射水凝胶。 3. 设计合成了基于季铵化壳聚糖接枝聚苯胺/氧化葡聚糖的具有抗菌性能和导电性能的可注射水凝胶。4. 为了避免化学交联带来的毒性问题和副反应，本项目利用物理交联的方法合成了可降解导电性可注射水凝胶，这包括利用两亲性聚合物自组装的方法制备了单组份双亲性导电聚合物(苯胺四聚体-聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯-苯胺四聚体五嵌段聚合物)水凝胶，以及提出利用主客体相互作用制备主链为聚乙二醇接枝苯胺四聚体/环糊精二聚体电活性可注射水凝胶的新方法。5.开发了具有导电性和自愈合性能的可注射水凝胶，并探索了他们作为细胞释放载体在心肌梗死中的初步应用。6. 开发了导电纳米纤维/水凝胶核壳结构的复合组织工程支架，并研究了该复合支架对骨骼肌再生的促进作用。.这些新型导电性可注射水凝胶都具有良好的生物相容性，他们将为可降解导电聚合物作为新型活性组织工程支架材料在组织再生中的应用提供新的途径。.近三年，在该项目的资助下共发表SCI论文24篇，其中包括ACS Nano 1篇、Biomaterials 3篇，ACS Applied Materials and Interfaces 3篇，Chemistry of Materials 1篇， Journal of Materials Chemistry B 6篇， Acta Biomaterialia 2篇， ACS Macro Letters 1篇等国际权威期刊。培养硕、博生6名，其中毕业博士1名，硕士2名。项目组成员参加国内外学术会议6次并做报告。