多肽树枝化聚合物水凝胶

As one kind of important biological materials,hydrogels have shown wide application in the fields of food, tissue engineering and biological medicine and so on. At present, most of the low molecular weight hydrogels based on amino acids show poor mechanical strength. Furthermore, there are few reports referring to gelators from dendronized polymers. Hydrogels based on peptidic dendronized polymers will not only exhibit better mechanical properties than that of low molecular weight gels, but also display good biocompatibility. According to applicant strong background in dendrimers and our group excellent work in dendronized polymers, in this grant application, we propose strategies to develope a series of peptidic dendronized polymers with different types of architectures by changing dendritic generations, branches and peripheral groups. We aim to get novel kind of smart and high mechanical strength hydrogels by adding the second components or introducing functional chromographies. Therefore,we can perform a systemic studies on their morphology, mechanical properties and responsibility. Hopefully, the practise of this proposal will enlarge the research boundary of both dendronized polymers and hydrogels, and show their importance in the fundanmental studies of new materials as well.

水凝胶作为一种重要的生物材料，已经在食品工业、组织工程以及生物医药等领域有着广泛的应用。目前，以氨基酸为结构单元的小分子水凝胶机械强度普遍不高，以树枝化聚合物作为凝胶因子的报道极少。多肽树枝化聚合物水凝胶既克服了小分子凝胶力学强度较差的弱点，又同时保留了多肽分子生物相容性好的优点，具有极大的优越性。基于申请人在树枝状分子方向的基础以及所在课题组在树枝化聚合物领域的积累，本课题拟在基金委的资助下，合成不同拓扑结构的多肽树枝化聚合物，构筑一类新型智能化高模量水凝胶。通过比较不同代数的树枝化基元，改变分子内外层结构及端基，加入共价或非共价交联的第二组分，引入响应性基团，系统研究水凝胶的形貌，力学强度以及刺激响应性质等,探索结构与性质之间的规律。期望本项目的实施能拓展树枝化聚合物和水凝胶两个方向，并在新材料领域体现出更多基础研究价值。

在本项目资助下，围绕树枝化聚合物的组装及智能行为开展工作，设计并合成了一系列不同结构的氨基酸类树枝状分子单体，考察其聚合后形成水凝胶的能力。同时，增加了含有发光氟硼染料（BODIPY）的树形分子的智能行为、光物理性质及细胞生物成像等工作。主要的研究内容包括以下三个方面：（1）设计并合成了不同代数的赖氨酸类树枝化聚合物，考察其通过分子间作用力形成水凝胶的能力及智能响应，发现不同代数分子的凝胶能力均较弱，与二醛分子形成动态共价键后仍然未提高机械强度；（2）设计含有氨基酸构筑或键联的树枝化螺旋高分子，研究了其智能行为，二次结构及发光性质等。单个脯氨酸的聚异氰就可以形成稳定的螺旋高分子，而不需要高代数的树形分子，表明五元环的侧基位阻足够大。通过丙氨酸链接的烷氧醚树枝状聚合物同样可以形成螺旋结构，且表现出优异温敏性质；（3）水溶性树枝状聚合物的温敏行为与光物理性质研究，发现该类含有BODIPY色团的分子在脱水聚集过程中发光强度得到提高，具体机理研究表明与脱水后的疏水环境及光诱导电子转移机制密切相关。