论文问题：Chemically triggered life control of“smart” hydrogels through click and declick reactions（化学调控软质料生命周期）

期刊：Frontiers of Chemical Science and Engineering

作者：Xing Feng, Meiqing Du, Hongbei Wei, Xiaoxiao Ruan, Tao Fu, Jie Zhang, Xiaolong Sun

揭晓时间：22 Apr 2022

DOI：10.1007/s11705-022-2149-z

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研究配景及意义

水凝胶作为一类高度交联的软质料，，依附其优异的生物相容性、可编程性、可控的降解性能，，已成为一种理想的质料，，并被普遍应用于各个领域。。。。。只管自然水凝胶具备降解或接纳性能，，但保存时间和空间标准上操控的局限性以及较差的机械性能，，而合成水凝胶很好填补了自然水凝胶的缺陷。。。。。可是，，大多合成的高分子质料无法实现接纳或结构重塑，，以至于保存污染、本钱腾贵、加工和制造难题、能源铺张等征象。。。。。唬基于这些问题，，以闭环方法理想地实现PEG的接纳具有主要意义，，开发这种具有可降解特征的新质料是一个主要目的，，在医学、药物运送、微电子和环保等领域具备应用远景。。。。。

图1. 水凝胶合成、降解、接纳及再生示意图

主要研究内容及主要结论

接纳包括有二甲硫醇酯的共轭受体1，，2，，3（CAs）作为水凝胶交联剂，，使用四臂PEG胺?4在有机和水性介质中与CA反应，，划分制备了高度交联的聚合物（图1）；；对在有机系统和水系统中划分制备的水凝胶举行了却构、形貌、性能表征；；使用乙二胺化学触发水凝胶的降解，，并对降解行为举行时间视察；；最后，，对降解后的溶液举行质料PEG的多次接纳并实现了水凝胶的再生。。。。。获得了以下主要结论：（1） 有机系统和水系统制备的水凝胶的性能差别较大。。。。。前者有更快的成胶速率、更高的杨氏模量（~48/46/61 kPa）、更高的交联度，，可是孔径、拉伸性能和交联率均小于水系统水凝胶。。。。。这是由于胺-硫醇的偶联反应在有机溶剂中具有更高的反应活性，，使得水凝胶网络越发细密。。。。。

图2. 水凝胶的结构、形貌、性能表征

（2） 水凝胶均可以在乙二胺触发下爆发降解，，且降解效率差别较大（图3）。。。。。实验历程的照片和降解率柱状图均批注有机系统水凝胶降解更慢，，并且接纳共轭受体2制备的水凝胶降解是最慢的，，需要长达38小时（有机系统）/14.5小时（水系统）才可以完全降解。。。。。

图3. 水凝胶降解的实验视察以及降解率统计

（3） 降解后的溶液可以举行质料PEG的接纳，，这是由于降解爆发的是胺–胺复剖析反应，，会释放出原始的反应物，，即四臂PEG胺?4，，将降解后的溶液旋蒸后加入冰乙醚再冷冻离心，，使得大分子聚合物4以沉淀形式析出。。。。。将析出物举行NMR和GPC表征（图4），，证实晰其与商用四臂PEG胺的一致性，，并使用接纳PEG与共轭受体再次爆发胶凝以实现水凝胶的再生。。。。。关于四臂PEG胺的接纳可以多次举行，，凭证相同的操作将再生水凝胶降解后举行重复的三次接纳，，接纳率可达62 %。。。。。

图4. 接纳的四臂PEG胺聚合物表征以及水凝胶再生

研究亮点

接纳基于“胺–硫醇”的新型偶联反应制备了水凝胶软质料，，且制备历程简朴，，条件温顺。。。。。新质料具有高的机械刚度，，可实现化学触发的刺激响应行为，，降解后实现了质料接纳再使用，，节约了质料制备的经济本钱，，并且可重复性接纳，，是一种潜在的情形友好型质料。。。。。相关效果以“Chemically triggered life control of“smart” hydrogels through click and declick reactions”为题揭晓在Frontiers of Chemical Science and Engineering上。。。。。DOI 10.1007/s11705-022-2149-z

摘要

The degradation of polymeric materials is recognized as one of the goals to be fulfilled for the sustainable economy. In this study, a novel methodology was presented to synthesize multiple highly cross-linked polymers (i.e., hydrogels) through amine–thiol scrambling under mild conditions. Amine-terminated poly(ethylene glycol) (PEG-NH2) was reacted with the representative conjugate acceptors to synthesize hydrogels in organic and aqueous solutions, respectively. The materials above exhibited high water-swelling properties, distributed porous structures, as well as prominent mechanical strengths. It is noteworthy that the mentioned hydrogels could be degraded efficiently in hours to release the original coupling partner, which were induced by ethylene diamine at ambient temperature through amine-amine metathesis. The recovered PEG-NH2 reagent could be employed again to regenerate hydrogels. Due to the multiple architectures and functions in polymeric synthesis, degradation and regeneration, a new generation of “smart” materials is revealed.

作者及团队先容

冯星（第一作者），，西安交通大学2019级硕士研究生，，研究偏向新型水凝胶质料。。。。。

张杰（通讯作者），，空军军医大学预防医学系教授，，获国家百万万人才工程“有突出孝顺中青年专家”，，美国辐射研究学会居里夫人奖，，亚洲辐射研究学会优异青年科学家奖等。。。。。肩负三军后勤重大项目，，陕西省杰青基金等课题10余项。。。。。

孙晓龙（通讯作者），，西安交通大学生命学院教授，，入选2020年高条理人才引进青年项目和校A类青年拔尖人才妄想。。。。。2012年结业于华东理工大学，，2015年于英国巴斯大学博士结业，，2018年于美国德州大学奥斯汀分？？共┦亢笱芯。。。。。2019年自力建组，，课题组聚焦于荧光传感手艺及软物质功效质料开发。。。。。研究效果揭晓于Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Nat. Chem.、JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Cent. Sci.等学术期刊。。。。。

期刊信息

Frontiers of Chemical Science and Engineering（SCI，，影响因子4.204）是2007年创刊出书的全英文化学科学与工程领域国际综合性学术刊物，，由教育部主管、高等教育出书社、中国工程院与天津大学联合主理，，德国Springer公司外洋刊行，，以网络版和印刷版两种形式出书。。。。。主编为天津大学王静康院士、中科院宁波质料所薛群基院士和郑州大学刘炯天院士。。。。。该刊重点刊登反应目今化学科学与工程领域热门的优异学术论文及综述，，以快捷方法揭晓最新研究效果。。。。。涉及化学科学与工程的所有领域，，主要包括：催化及反应工程，，清洁能源，，功效质料，，纳米科学与手艺，，生物质料和手艺，，颗粒手艺和多相历程，，疏散科学与手艺，，可一连手艺和绿色历程等。。。。。

? 影响因子 Impact factor：4.204（2021年最新宣布）

? 通过Springerlink平台面向全球推广，，全球刊行

? 国际化审稿平台，，随时盘问稿件处置惩罚状态

? 在线优先出书（Online First）形式，，包管文章以最快速率揭晓

? 无版面费

《前沿》系列英文学术期刊

由教育部主管、高等教育出书社主理的《前沿》（Frontiers）系列英文学术期刊，，于2006年正式创刊，，以网络版和印刷版向全球刊行。。。。。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程手艺和人文社会科学四个主题，，是我国笼罩学科最普遍的英文学术期刊群，，其中13种被SCI收录，，其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或响应学科国际权威检索系统收录，，具有一定的国际学术影响力。。。。。系列期刊接纳在线优先出书方法，，包管文章以最快速率揭晓。。。。。

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