通过叠氮-马来酰亚胺点击反应和水中的光聚合，简便地实现基于淀粉的水凝胶的一锅法制备，该水凝胶具有互穿网络结构

《Journal of Molecular Liquids》：Facile one-pot construction of starch-based hydrogel with interpenetrating network structure via azide-maleimide click reaction and photopolymerization in water

淀粉基IPN水凝胶通过一锅法金属-free点击反应与光聚合制备，具有温度响应特性，膨胀比332%，凝胶含量64%。5-Fu释放符合一级动力学和Korsmeyer-Peppas模型（n<0.45），释放机制为Fickian扩散。细胞实验显示当浓度<75 μg/mL时对MCF-7细胞存活率>80%，证实其生物相容性。该温和制备方法为智能水凝胶药物载体开发提供新途径。

　　淀粉基互穿网络（IPN）水凝胶因其优异的生物相容性和降解性而受到广泛关注。作为一种具有温度响应特性的新型材料，这种水凝胶通过简单的合成方法实现了性能的提升，并在药物释放领域展现出广阔的应用前景。本文将对相关研究内容进行系统解读，从材料选择、合成工艺、性能表现及应用潜力等方面展开分析。

水凝胶是一种具有水吸收、水保持、吸附和缓释性能的材料，广泛应用于药物载体、组织工程等领域。其中，智能水凝胶因其对外部环境刺激（如pH值、温度、压力、磁场、电场等）的感知和响应能力而备受关注。温度敏感性是智能水凝胶研究中的一个重要方向，因为温度变化在自然界中普遍存在，人体不同部位的温度也有所差异。因此，开发具有温度响应特性的水凝胶药物载体具有重要意义。

在药物载体的开发过程中，常见的温度敏感性单体包括N-异丙基丙烯酰胺（NIPAAm）。NIPAAm在温度变化时会改变其溶解性，从而影响药物的释放速率。然而，传统的化学交联方法通常需要使用金属催化剂，这可能会对材料的生物相容性产生不利影响。因此，研究者们致力于开发无金属催化剂的点击反应，以提高材料的生物相容性。

本文的研究团队提出了一种新的思路，利用无金属催化剂的叠氮-马来酰亚胺点击反应和光聚合反应，结合一种可溶性淀粉（St）和一种β-环糊精（β-CD）改性的聚合物，成功制备出一种具有温度响应特性的淀粉基IPN水凝胶。该水凝胶不仅具有良好的生物相容性，还能够在不同温度下实现对药物的可控释放。实验结果显示，当水凝胶浓度低于75 μg/mL时，MCF-7细胞的存活率超过80%，表明该水凝胶具有一定的细胞相容性。

在合成过程中，研究人员首先通过化学反应制备了具有叠氮基团的淀粉（St-AA）和具有马来酰亚胺基团的淀粉（St-MAA）。接着，他们利用β-CD和马来酸酐合成了含有β-环糊精的可聚合单体（CD-MAH），并利用羟乙基淀粉（HES）和甲基丙烯酸酐合成了交联剂（HES-MA）。随后，将这些材料溶解在水中，形成水凝胶的前驱体溶液。在50°C下，通过叠氮-马来酰亚胺点击反应形成了第一网络，而通过光聚合反应形成了第二网络。最终，利用5-氟尿嘧啶（5-Fu）作为模型药物，研究了水凝胶的释放行为。

实验结果表明，这种淀粉基IPN水凝胶可以通过一锅法快速制备，且具有良好的生物相容性和无毒特性。其膨胀率和凝胶质量分数分别为332%和64%，显示出优异的性能。此外，该水凝胶的释放过程可以描述为一级动力学模型和Korsmeyer-Peppas模型，释放指数（n）小于0.45，表明5-Fu的释放主要受到扩散和浓度的影响。这些特性使得该水凝胶在药物释放领域具有较高的应用价值。

在材料的选择方面，淀粉作为一种可再生的葡萄糖基生物聚合物，主要来源于农作物，因其来源广泛、成本低廉和良好的生物降解性，逐渐成为制备水凝胶的主要原料。然而，天然淀粉通常存在一些缺点，如溶解性和稳定性较差。因此，通过化学方法对天然淀粉进行改性，是扩大其应用范围的关键。例如，Chin等人通过将聚乙烯醇和聚乙二醇加入柠檬酸改性的淀粉溶液中，利用冷冻-解冻技术制备了物理交联的水凝胶，该水凝胶作为青霉素G的载体，能够提高其疗效。Sarmah等人则通过醛基淀粉与壳聚糖之间的Schiff碱反应，制备了pH依赖性的水凝胶，该水凝胶可作为阿莫西林钠盐的载体。

在合成工艺方面，IPN水凝胶的制备通常分为同时IPN和顺序IPN两种方式。同时IPN是指在同一个反应体系中同时形成两种或多种网络，而顺序IPN则是分步骤形成不同的网络。不同的合成策略会影响IPN水凝胶的制备难度和成本。例如，Hu等人利用共轴微流控芯片，将海藻酸盐和功能化的明胶材料进行IPN结构的合成，制备出可拉伸的水凝胶微弹簧。这种水凝胶能够促进细胞浸润和肌纤维再生，在大鼠模型中表现出良好的效果，有望应用于骨骼肌组织工程。

本文的研究团队通过叠氮-马来酰亚胺点击反应和光聚合反应的结合，成功制备出一种淀粉基IPN水凝胶。这种方法不仅避免了使用金属催化剂，还能够在水环境中快速进行，且无需有机溶剂。这种合成方法具有操作简便、成本低廉、环境友好等优点，为IPN水凝胶的制备提供了一种新的途径。

在性能表现方面，该淀粉基IPN水凝胶具有良好的生物相容性和可控的药物释放能力。其膨胀率和凝胶质量分数分别为332%和64%，表明该水凝胶具有较高的吸水性和结构稳定性。此外，该水凝胶在不同温度下能够实现对5-Fu的可控释放，释放指数（n）小于0.45，表明5-Fu的释放主要受到扩散和浓度的影响。这些特性使得该水凝胶在药物释放领域具有较高的应用价值。

在应用潜力方面，该淀粉基IPN水凝胶不仅可以作为药物载体，还可以用于组织工程和生物医学领域。由于其来源于天然淀粉，且具有良好的生物相容性，这种水凝胶在实际应用中具有较高的安全性。此外，其制备过程采用温和的反应条件，避免了高温和高压等不利因素，为大规模生产提供了可能。

综上所述，本文提出了一种新的合成方法，利用无金属催化剂的叠氮-马来酰亚胺点击反应和光聚合反应，成功制备出一种具有温度响应特性的淀粉基IPN水凝胶。该水凝胶不仅具有良好的生物相容性和可控的药物释放能力，还能够在不同温度下实现对药物的释放调控。这些特性使得该水凝胶在药物载体和组织工程领域具有广阔的应用前景。本文的研究成果为IPN水凝胶的制备提供了一种新的思路，有望推动相关领域的进一步发展。