可降解聚类肽生物高分子材料的合成与性质研究

Polypeptoids, an emerging class of bioinspired polymer, have a number of unique properties that bridge the material gap between proteins and bulk polymers. Similar to proteins, polypeptoids exhibit excellent biocompatibility and potent biological activities. Simultaneously, their reduced structural complexity results in good solubility in many common solvents and accessible thermal processability. These features make polypeptoids a new promising platform in nanomaterials and biomedical science. However, current research mainly focuses on peptoid polymers with different alkyl side chains. Functional and stimuli-responsive polypeptoid materials are desired. Motived by this need, we propose to prepare new class of “smart” polypeptoid materials with multi-functional groups, including: ether, allyl and alkyne groups, etc… Furthermore, copolymerization with biodegradable polyesters and polypeptides can optimize the properties of each polymer with tunable structures. Their physical-chemical and self-assemble properties will be evaluated with a range of spectroscopic tools. We aim to create a new class of promising functional biopolymers for applications ranging from biomedical to nanomaterials.

聚类肽高分子材料是近年来出现的，既具有蛋白质分子良好的生物相容性和生物活性又具有传统高分子材料的良好的溶解性和加工性能的一类可降解高分子，在生物医用、纳米材料等领域有着潜在的应用前景，因此开发以聚类肽为基的高分子材料有着非常重要的科学意义。目前的研究集中在侧基为烷基链的聚类肽高分子材料。本项目拟合成侧基为刺激响应性基团和可进行后修饰的烯键/炔键基团的聚类肽高分子材料，并进一步与FDA批准的生物可降解聚肽以及聚酯高分子进行共聚，发挥各个链段聚合物的优势，实现性能的调控。同时系统研究这类新型可降解高分子物理化学性质，以及其本体相分离行为和溶液自组装行为。

聚类肽高分子是一种具有良好生物相容性以及潜在生物活性的高分子材料。聚类肽又称为氮取代聚甘氨酸（N-聚甘氨酸），其分子结构中消除了聚肽固有的主链氢键相互作用，因此聚类肽主链柔性较好，具有良好的溶解性及热加工性能，其性质很大程度上由侧链基团的种类和物理化学性质决定，可以通过设计不同的侧基对聚合物的热力学性能、降解性能和二级结构等进行有效的调控。我们成功合成了侧基含炔基的聚类肽高分子，通过Thiol-yne点击化学进一步引入寡聚乙二醇基团，制备了温度响应性的聚类肽高分子。系统考察并揭示了体系的侧基种类、二级结构、分子链长度与浊点的相互关系。通过改变投料比来调控聚类肽侧链的化学组成，提高了合成效率，同时将浊点调节至人体温度~37 ℃。按照项目研究计划，设计合成了侧链含有羧基和胺基的pH、温敏性双响应聚类肽材料。研究发现由于电荷的不同，该聚合物在水溶液中可以呈现LCST以及UCST两种截然相反的温度响应性行为。通过系统的研究发现体系的氢键相互作用对温度响应行为起着至关重要的作用。我们进一步构筑了pH、酶响应的嵌段共聚类肽体系，详细研究了结构与刺激响应性能之间的关系。这些材料在生物医药领域有广阔的应用前景，同时为进一步设计新型刺激响应性共聚类肽材料，开展后续研究工作，奠定了坚实的基础。