聚乙二醇-聚多肽在水溶液中的自组装及可逆多重溶胶-凝胶响应行为

To investigate systematically the effects of side group in amino acids and other structural factors on self-assembly nanostructure and sol-to-gel transition behaviour of poly(ethylene glycol)-polypeptide copolymers in aqueous solutions and acquire novel thermogelling polypeptide hydrogels with independent intellectual property rights, and diversified degradation properties and biological activity based on various component of amino acid except for alanine. By the control of strength of polypeptide intermolecular interaction for self-assembly and morphology of assembled structure, reversible phase transition behaviour for the hydrogels is achieved. By the introduction of photo or pH responsive structural unit in the copolymer chain, dually responsive hydrogels are constructed. This work not only provides new materials with abundance in type and function to better meet the requirements of practical applications in biological and medical fields, but also helps to understand the structure-function relation of polypeptide and the life phenomenon in nature.

系统研究氨基酸侧基种类和其它结构因素对聚乙二醇─聚多肽共聚物在水溶液中的聚集态结构和溶胶-凝胶转变的影响，发展以丙氨酸以外的其它氨基酸为主要组分的聚多肽温敏性水凝胶，获得具有自主知识产权、降解性能、生物活性各异的新型温敏性水凝胶。通过调控聚多肽链段之间自组装相互作用的强度和聚集态结构的形态，赋予水凝胶可逆相转变的功能。引入具有光响应或pH响应的结构单元，构建具有光、热，或pH、热双重响应功能的聚多肽水凝胶。本研究不仅为生物、医学相关领域提供了具有新组分、新结构和新功能、更好满足实际应用要求的新材料，同时还对理解聚多肽的结构和功能之间的关系以及自然界中的生命现象具有重要的理论意义。

具有刺激响应的聚合物在生物医学领域具有广阔的应用前景。本项目引新的入新的氨基酸结构单元，合成并构建了具有可逆热响应或双重响应等具有新组分、新结构和新功能的聚多肽水凝胶，对拓展聚多肽材料在生物医用领域中的应用将具有重要的理论意义和实用价值。首先，合成了疏水烷基侧基种类或嵌段长度不同的一系列聚乙二醇-聚多肽共聚物，包括聚乙二醇-聚丙氨酸（mPEG-PA）、聚乙二醇-聚缬氨酸（mPEG-PV）、聚乙二醇-聚亮氨酸（mPEG-PL）共聚物。三种共聚物中的多肽链段均以β-折叠结构为主，然而mPEG-PA和 mPEG-PV在水溶液中的棒状自组装结构规整，可形成良好的溶胶溶液，并随温度升高发生明显的溶胶-凝胶转变；而mPEG-PL共聚物的棒状结构规整性较差，水溶性较差，不显示明显的温度响应功能。研究结果表明，氨基酸的侧基结构, 特别是其柔顺性决定了β-折叠片层之间的堆叠的规整性和纳米自组装聚集体的稳定性。其次，合成了侧基羟基被苄醚保护的聚乙二醇-聚（苄基-苏氨酸）共聚物（mPEG-PBnLT）。该共聚物的水溶液表现出特殊的双重凝胶-溶胶-凝胶温敏转变行为，其转变温度范围可通过改变聚多肽的链段长度而调控。研究表明，低温凝胶-溶胶转变是由于β-折叠链片层堆叠结构随温度升高发生拆解，从而导致低温的长纤维聚集体转变成了球型聚集体结构,而高温溶胶-凝胶转变则由于PEG的脱水所致。该体系为通过调控聚多肽的二级结构而获得环境响应功能材料提供了新的思路和策略。最后，合成了聚乙二醇-聚谷氨酸-聚缬氨酸（mPEG22-PLGlu5/PV5）温度/pH双响应共聚物水凝胶，其具有水溶性好、凝胶转变温度覆盖37℃、pH敏感性强以及羧基官能团多的优点。载药凝胶体外药物释放曲线表现出了明显的pH差异性，在pH=5.7的条件下的释药速度明显慢于pH=7.4时的释药速度。此温度/pH双敏感凝胶体系有望应用于可注射凝胶的靶向释药。