温度响应性环糊精主客体复合物辅助制备高强度可注射水凝胶的研究

Injectable hydrogels that undergo in-situ sol-gel transition are attractive materials in various biomedical applications due to its excellent biocompatibility and high water content. In comparison with traditional preformed hydrogels, injectable hydrogels are easy for administration and can take on a complex shape within the surrounding tissues during hydrogel formation. One of the main challenges for injectable hydrogels is related to the poor mechanical property and weak stability of the hydrogels due to its weak (physical) crosslinks. .The goal of this project is to develop a high strength injectable hydrogel through an alkyl functionalized amphiphilic block copolymer (AFABC). Cyclodextrin (CD) is used to temporarily shield the hydrophobic alkyl groups via formation of thermoresponsive CD-alky host-guest interaction, which can be broke to unmask the hydrophobic alkyl groups and, hence, induces the gelation of the system leading to high strength hydrogels crosslinked by strong hydrophobic interactions. In this project, AFABCs synthesized by controlled radical polymerization will be used as the matrix of injectable hydrogels. The sol-gel transition process triggered by temperature as well as the (mechanical) properties of the resulted hydrogels will be evaluated. Detailed investigated on a series of selected injectable hydrogel will be performed to understand the mechanism of the gelation..Through the performance of this project, a series of high strength injectable hydrogels are expected to be prepared aiming for various biomedical applications. In addition, the mechanism of thermoresponsive host-guest interaction assistant gelation behavior will be proposed.

可注射水凝胶在生物医学领域具有广泛的应用前景，然而由于多数水凝胶体系通过物理交联形成，其机械性能和结构稳定性一般较差。本项目设计通过大量疏水基团团聚作为物理交联制备高强度可注射水凝胶体系，并对该水凝胶体系的形成机理进行探讨。项目拟以具有大量强疏水基团的双亲嵌段共聚物作为水凝胶基体，以具有温度响应性的环糊精-疏水基团主客体相互作用暂时屏蔽疏水基团形成水溶性环糊精-共聚物复合物，通过温度变化引发疏水基团的去屏蔽与聚合物微相分离，引发溶胶-凝胶转变。项目设计并合成系列含有大量疏水基团的双亲共聚物，并以环糊精为辅助构建高强度可注射水凝胶体系；对所构建体系进行系统表征和深入分析揭示高强度可注射水凝胶的形成机理。通过项目的研究，获得几类具有较好力学性能和稳定性的可注射水凝胶体系，为拓展可注射水凝胶的生物医学应用奠定基础；揭示高强度可注射水凝胶的形成机制，为新型高强度物理交联凝胶的设计提供新的思路。

通过聚合物超分子相互作用形成的具有动态性能的纳米粒子或凝胶材料在生物医学领域具有重要的应用前景。超分子相互作用可赋予体系较好的生物可降解性以及负载药物的缓释性能。目前研究人员对于聚合物超分子体系有了较多的研究，但是对于具有可通过外场调控的超分子相互作用，如温度敏感的主客体相互作用的研究和应用较少，而此类超分子作用在构筑智能药物缓释材料方面具有很好的应用前景；另外，通过超分子相互作用构建具有多层次有序性的纳米材料也是需要深入探讨的领域，该类材料在两种及以上药物同时负载与协同缓释方面具有潜在的应用价值。.本项目对聚合物体系中温度响应主客体相互作用体系进行了深入探讨，以期在此基础上调控两亲性嵌段共聚物的温度响应自组装及凝胶化行为；另外，受到上述研究启发，项目设计并制备了系列单链接枝纳米粒子，希望通过该类特殊分子的自组装形成具有多层次有序性的纳米粒子。.通过项目的实施，主要取得了以下进展：1）提出了通过超分子相互作用调控两亲性嵌段共聚物形成二次温度响应性，并实现了聚合物的二次自组装，得到了具有多层次结构的纳米组装体。2）通过引入具有较大长径比的纤维结构，构建了具有极高含水率的超分子水凝胶体系。3）提出以多臂星型聚合物作为柔性纳米粒子，开发了可大量合成单链接枝纳米粒子的方法，发现了纳米粒子柔性调控单链接枝纳米粒子的自组装的机制，并获得常规嵌段共聚物难以形成的自组装形貌；4）首次通过单链接枝纳米粒子自组装制备了同时具有亲水和疏水微区的多隔室纳米粒子，有望实现亲/疏水药物的协同负载及缓释。上述研究为开发新型药物缓释体系奠定了理论基础。.本项目通过对聚合物超分子相互作用及聚合物接枝纳米粒子的自组装行为研究，提出了新的聚合物超分子作用调控方法，拓展了聚合物超分子作用的应用范围，丰富了自组装纳米粒子的形貌及结构，为聚合物在生物医学领域，尤其是作为药物载体的应用提供了研究基础和实验数据。