《Angewandte》伯明翰大学：使用立体化学控制水凝胶的机械性能

键的3维排列或立体化学决定了从生物系统到药物再到合成聚合物的分子的功能和行为。立体化学对于生命基本构件的产生至关重要。同理，在小分子化学中，立体化学对所得化合物的生物学行为至关重要，键取向的差异也显着影响聚合物的本体材料特性。合成聚合物中侧基（立构规整）的相对立体化学最常用于控制它们的性能。众所周知，控制聚合物中立体化学会导致热或机械性能发生显着变化，但使用这种概念来显着影响高度膨胀的网络的研究相对较少。微调水凝胶机械性能仍然是生物材料工程中的一个重要目标，因为：1) 水凝胶已经提供了一个受控平台来了解细胞如何与周围环境相互作用；2)细胞感知并整合来自天然细胞外基质 (ECM) 的机械线索，最终指导基因表达和细胞命运决定。尽管已有工作研究了水凝胶降解对细胞的影响，然而与溶胀行为和细胞相容性问题相关的问题在本质上难以控制。

水凝胶的刚度或弹性是通过改变基本材料配方来调节的，这包括聚合物前体的分子量、水凝胶中聚合物的总含量或交联度的变化。然而，配方的变化通常表现为网络物理性质的偏差，例如孔径/分布、溶胀行为或降解曲线。由于这些参数与网络形成时的化学性质有内在联系。

亲核硫醇-炔加成反应生成聚合物，其中烯烃产物的立体化学可以通过溶剂极性和碱强度轻松控制。使用非极性溶剂和/或弱碱，反式异构体是有利的，而顺式异构体在极性和/或强碱反应条件下是有利的。英国伯明翰大学Andrew P. Dove已经利用这种反应来合成热塑性材料，该材料具有由烯烃部分的立体化学定义的可调机械性能。此外，作者合成了亲核硫醇-炔加成点击水凝胶作为ECM 模拟物，可以封装细胞并调节刚度和肿胀。在此，作者表明膨胀的点击水凝胶网络中立体化学的影响会影响所得材料的整体机械性能。具体来说，控制立体化学可实现机械强度和基材刚度的离散变化，而不改变影响细胞响应的其他物理特性（即交联密度、孔径或毒性）。因此，作者认为的点击水凝胶有助于了解细胞如何单独受刚度影响，即细胞如何感知不同的聚合物立体化学。

示意图1，通过调节反应参数合成具有可控烯烃立体化学的硫醇-炔点击水凝胶。

图 3. 立体化学控制的点击水凝胶的力学表征。

相关论文以题为Using stereochemistry to control mechanical properties in thiol-yne click-hydrogels发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。通讯作者是英国伯明翰大学Andrew P. Dove教授。

参考文献：

doi.org/10.1002/anie.202107161