强韧、手性和氢键交联超分子聚（癸二酸甘油酯）骨架生物弹性体的研制

Bioelastomers can mimic the mechanical properties of soft tissues, and sustain and recover from various deformations without mechanical irritations to the surrounding tissues when implanted in a mechanically dynamic environment in the body. Thus, bioelastomers have attracted great attentions in tissue engineering. Poly(glycerol sebacate) (PGS) is a representative of bioelastomers and has been widely used. However, the limitations of its synthetic method lead to unsatisfied mechanical strength and inconvenient processing, which retard its further applications. Recently, we developed acid-induced epoxide ring-opening polymerization. It provides a new way to synthesize PGS and significantly improves its structural regularity and mechanical properties. This project will combine this polymerization with new synthetic strategy and molecular design to further overcome its shortages and control the chirality of resultant polymers leading to higher molecular weight and structural regularity of PGS. Furthermore, an introduction of self-complementary unit of four cooperative hydrogen bonds will construct supramolecular PGS elastomers with good thermoplastic processabilities. Combination of the above strategies will create a series of new PGS based bioelastomers with excellent comprehensive performances for biomedical applications. The synthetic methods and molecular building strategies developed in this project are versatile and can be used to design and synthesize similar biomaterials.

生物弹性体能较好模拟人体软组织的力学特征，植入到人体动态的力学环境中能保持结构和力学稳定性，因此在组织工程领域具有巨大的应用前景。聚（癸二酸甘油酯）（PGS）是生物弹性体的一个代表，已被广泛应用。但是由于其合成方法的不足，存在力学强度不佳、加工不便等缺点，限制了其进一步应用。本项目申请人近来发展了酸诱导环氧开环聚合，为制备PGS提供了全新方法，使其结构规整性和力学性能有了较大提高。在此基础上，本项目结合新的合成策略和分子设计，从机制和分子水平上克服原聚合方法的缺陷，控制手性，实现更高分子量、结构更规整的PGS的合成；进而通过在侧链引入自识别四重氢键体系，构建超分子弹性体，赋予其良好的热塑加工性。综合以上策略，研制一系列综合性能优异的基于PGS骨架的新型生物弹性体，为生物医学应用提供新材料。本项目发展的合成方法和分子构建策略具有通用性，可为类似生物材料的研制提供新思路和新方法。

可降解、生物相容的弹性体（生物弹性体）能较好模拟人体软组织的力学特征，植入到人体动态的力学环境中能保持结构和力学稳定性，在组织工程、可降解医疗器械、人体交互电子器件等方面具有良好的应用前景。本项目聚焦生物弹性体中的突出代表——聚癸二酸甘油酯[Poly(glycerol sebacate), PGS]，针对其合成方法的可控性不强、力学强度不佳、加工不便等缺点，通过分子设计和合成方法创新，研制了一系列综合性能优良的新型生物弹性体并考察了其在生物医学工程领域的应用。采用我们前面建立的酸诱导环氧开环聚合反应，设计合成了手性聚（癸二酰基甘油二酯）（PSeD）；引入超分子概念通过在PSeD侧基接上具有自识别作用的四重氢键体系UPy基团制备了可氢键交联的弹性体PSeD-U，其表现出了自愈合性和可热塑加工性；进而通过氢键-共价键杂化交联，显著增强增韧；结合小分子功能基调控生物活性的设计新理念，研制了基于类乙酰胆碱的神经活性PSeD基材料，构建了金属离子杂化软物质等新型生物活性材料；创新性地采用盐粒复合3D打印墨水，实现PGS热固性弹性体个性化便捷加工；通过牺牲糖模策略和相分离机制结合，实现对血管网络这样复杂结构的仿生构筑；后期我们还将研究拓展到l水响应形状记忆聚酯弹性体、动态聚肟氨酯自愈合材料以及基于离子凝胶和有机水凝胶的可拉伸导电材料领域。进而将上述材料和技术应用于组织工程和人体交互电子器件两大领域，实现软骨、子宫、心肌等组织的修复，研制了新型的3D打印、宽温度范围耐用的摩擦纳米发电机，和高拉伸、可编织的有机水凝胶纤维等人体交互电子器件。共发表（共同）通讯作者SCI论文25篇；申请专利21项（其中授权6项）；培养毕业研究生11名（其中博士生2名）；在国内外学术会议上做（主旨）邀请报告32次。