材料降解在很多領(lǐng)域都是一個(gè)非常重要的科學(xué)課題。尤其在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域,材料降解往往直接影響藥物控制釋放和組織修復(fù)的最終效果。因此,為了調(diào)控材料的降解,科研工作者研究了很多環(huán)境敏感性系統(tǒng)。例如,材料降解可以通過(guò)光、pH、氧化還原或者溫度來(lái)調(diào)控。為了提高調(diào)控的多樣性,人們最近幾年開(kāi)始在一個(gè)材料系統(tǒng)里設(shè)計(jì)兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的化學(xué)官能團(tuán)。但是,由于這些官能團(tuán)都是單獨(dú)起作用,它們彼此之間并沒(méi)有制約性,因此在復(fù)雜環(huán)境下很難實(shí)現(xiàn)調(diào)控降解的時(shí)空精確性。
在近日發(fā)表的Angewandte Chemie 的文章中,賓夕法尼亞州立大學(xué)的王勇教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一種全新的可程序化降解的材料,工作原理基于雙重加密的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(double-locked domain,DLD)。為了驗(yàn)證概念的可行性,該團(tuán)隊(duì)以光敏和酸敏基團(tuán)為例,把兩種不同的基團(tuán)整合到一個(gè)雙鎖分子結(jié)構(gòu)域(DLD),并以DLD作為交聯(lián)劑制備出一種新型水凝膠。在光的催化下,DLD的光敏感區(qū)域會(huì)產(chǎn)生分子結(jié)構(gòu)變化而激活酸敏感區(qū)域,但是在生理?xiàng)l件下,這種分子構(gòu)變和區(qū)域激活并不會(huì)導(dǎo)致分子化學(xué)鍵的斷裂。只有在接下來(lái)的pH刺激下,被激活的酸敏感區(qū)域才會(huì)發(fā)生分子鍵的斷裂,從而實(shí)現(xiàn)水凝膠的可控降解。有趣的是,如果對(duì)水凝膠只進(jìn)行光或pH刺激,水凝膠不會(huì)降解;而且,如果先對(duì)水凝膠進(jìn)行pH刺激,然后再進(jìn)行光刺激,水凝膠也不會(huì)降解。雖然文章中研究者用pH和光敏感基團(tuán)設(shè)計(jì)了DLD,理論上其它的化學(xué)官能團(tuán)和對(duì)應(yīng)的環(huán)境因子(例如,酸敏感和酶敏感官能團(tuán)的整合)也可以應(yīng)用于該概念中。
王勇教授認(rèn)為該DLD水凝膠的成功設(shè)計(jì)為程序化材料的進(jìn)一步發(fā)展提供了一個(gè)新思路,也為藥物控制釋放和組織修復(fù)的時(shí)空調(diào)控提供了一個(gè)新的手段。
王勇教授團(tuán)隊(duì)一直致力于程序化材料的研究,相關(guān)的研究還包括:Biomaterials, 2018,178, 663-680; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 6800-6804; Angew. Chem. Int. Ed,2015, 54, 5957-5861; JACS, 2012, 134, 15716-15719; JACS, 2012, 134, 12410-12413。
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