热凝胶编年史—从热凝胶共聚物的合理设计到先进的热凝胶应用

温度响应超分子水凝胶，也称为热凝胶，是通过在温度刺激后在溶液中自组装两亲共聚物而产生的。它们是一类高品质的新型材料，具有非常吸引人的特性，例如可注射性、能够进行温度控制的可逆溶胶-凝胶相变、高生物相容性和可调节的生物降解性。许多研究活力致力于设计先进的两亲共聚物并研究它们的分子相互作用，以增强热凝胶体系的性能并扩大其应用范围。因此，热凝胶系统已经在持续局部药物或蛋白质递送领域得到很好的应用，并且还被证明是用于小众应用的高潜力材料，例如三维细胞培养、伤口愈合贴片和玻璃体内填塞。最近的发展见证了具有先进生物医学应用的热凝胶系统的出现，从增强的癌症治疗到放射学成像再到组织工程，这些通常是通过将药物和肽等生物相关分子与热凝胶共聚物结合或将纳米颗粒掺入到热凝胶共聚物中来实现的。热凝胶系统。该领域的新发展见证了从使用传统的合成聚合物如聚丙二醇 (PPG) 和聚(乳酸-乙醇酸共聚物) (PLGA) 转向利用更先进的天然生物活性分子，并在聚合物中引入手性部分。热凝胶共聚物主链。

图 1. 溶胶-凝胶相变是由热凝胶共聚物的自发胶束化以及随后胶束聚集到超分子凝胶基质中引起的。由于改进的凝胶形成能力和更稳定的超分子基质，热凝胶共聚物中更高的分子量和更高的疏水含量导致更低的临界凝胶浓度 (CGC)、更低的凝胶温度、更高的凝胶储能模量和更慢的凝胶侵蚀速率。

目前有几种主要类型的热凝胶共聚物，例如二嵌段、三嵌段、封端、接枝和无规多嵌段聚氨酯热凝胶。其中，作者实验室专注于聚氨酯多嵌段热凝胶的合成和应用。这些热凝胶具有高分子量和由氨基甲酸酯基团产生的增强的分子间氢键的优点。这些通常允许形成具有更高凝胶刚度、弹性和封装效率的热凝胶系统，使这些聚氨酯热凝胶非常适合小众应用，例如持续给药和玻璃体内填塞。在该文中，作者总结了影响胶束和本体聚氨酯热凝胶性能的基本聚合物因素，提供了作者小组对这些热凝胶为各种高级应用的合理设计的见解，并最终讨论了热凝胶系统的未来可能性。作者推测热凝胶在生物医学领域仍有许多未开发的潜力，这些可能可以通过设计具有生物活性部分的热凝胶共聚物并探索更先进的支化结构来实现。此外，作者还建议将热凝胶扩展到生物医学领域之外，为此作者的实验室已经证明热凝胶可作为无创植物健康监测的电极触点。

图 2. 聚氨酯两亲性线性无规多嵌段热凝胶共聚物通常通过将大分子单体二醇与六亚甲基二异氰酸酯 (HMDI) 偶联的加聚途径合成。

图 8. (A) 在玻璃体切除术后使用 EPC 热凝胶作为玻璃体替代品的示意图。(B) EPC 热凝胶的化学结构。(D)术后 3 个月内填充 EPC 的兔眼的大体解剖（左）显示与天然玻璃体（中）具有相似一致性的玻璃体样体，维恩图（右）显示天然和 EPC 再生玻璃体 6 中鉴定的蛋白质重叠术后几个月。

相关论文以题为The Thermogel Chronicle—From Rational Design of Thermogelling Copolymers to Advanced Thermogel Applications发表在《Accounts of Materials Research》上。通讯作者是新加坡科技研究局（A*STAR）Xian Jun Loh教授。

参考文献：

doi.org/10.1021/accountsmr.1c00128