综述：再生医学中光交联聚合物生物材料的新兴趋势

《Materials Today Chemistry》：Emerging trends in photo-crosslinkable polymeric biomaterials in regenerative medicine

本文综述光点击化学近五年的发展，探讨其机理、光引发剂类型及生物聚合物改性策略，并分析在干细胞治疗中的应用及前景。

　　在生物医学领域，随着科技的快速发展，对大分子和聚合物材料的需求也日益增长。这不仅带来了新的挑战，也创造了广阔的应用前景。近年来，点击化学作为一种高效、可控的合成方法，被广泛应用于构建适用于生物医学的多样性和创新性材料。点击化学的核心在于其反应的高选择性、高产率以及温和的反应条件，使其在生物材料的合成与修饰中具有独特的优势。

点击化学的一个重要分支是光点击反应，它利用光作为反应的触发因素，通常在近紫外光、中紫外光或可见光的波长范围内进行。这类反应具有非侵入性、高时空控制性以及良好的空气和湿度耐受性，能够在不需要高温或有害试剂的情况下，实现分子间的高效连接。光点击反应的引入，为生物材料的构建提供了新的可能性，尤其在生物相容性和可控性方面表现出色。然而，大多数光点击反应依赖于紫外光，这在实际应用中带来了一定的限制。

紫外光虽然能够有效激发反应，但其穿透能力有限，通常只能在生物组织中穿透约200微米。此外，紫外光在高剂量下具有细胞毒性，可能导致细胞凋亡或其他不良反应。因此，开发能够在可见光和近红外光（NIR）波长范围内进行的光点击反应，成为当前研究的重点。可见光和NIR光的优势在于其更高的穿透深度，以及较低的光毒性，这使得它们在生物医学应用中更具吸引力。特别是对于生物分子如DNA、蛋白质、RNA和脂质来说，可见光和NIR光的能量较低，不足以造成损害，因此能够更安全地用于生物系统。

在生物医学应用中，光点击反应的潜力不仅体现在材料的合成上，还体现在对细胞行为的调控。例如，在干细胞研究中，光点击反应能够实现对细胞微环境的精确控制，从而影响干细胞的分化和功能。这种可控性使得光点击反应在组织工程、药物递送和生物成像等领域展现出巨大的应用价值。通过光点击反应，研究人员可以设计出具有特定功能的生物材料，如水凝胶、支架和共聚物，这些材料能够模拟细胞外基质的特性，为细胞的生长和分化提供适宜的环境。

光点击反应的应用不仅限于材料的合成，还涉及到对生物材料的进一步修饰和功能化。通过选择合适的光引发剂和光敏剂，研究人员可以在可见光或NIR光的照射下，实现对聚合物材料的精确控制。例如，在可见光驱动的光点击反应中，可以通过调节光照强度、持续时间和光引发剂的浓度，来控制聚合物网络的形成和材料的性能。这种控制能力使得光点击反应成为一种强大的工具，能够满足生物医学领域对材料性能的多样化需求。

在生物医学研究中，光点击反应的应用还包括对细胞行为的调控。例如，通过光点击反应，可以实现对细胞的非侵入性激活，从而影响其生长、分化和迁移。这种调控能力使得光点击反应在组织工程和再生医学中具有重要的应用价值。特别是在使用间充质干细胞（MSC）进行疾病治疗的研究中，光点击反应能够提供精确的微环境调控，从而影响干细胞的活性和功能。

间充质干细胞因其多能性和免疫调节能力，在再生医学中扮演着重要角色。然而，传统的方法在调控干细胞行为方面存在一定的局限性。光点击反应的引入，为这一领域提供了新的解决方案。通过选择合适的光引发剂和光敏剂，研究人员可以在可见光或NIR光的照射下，实现对干细胞微环境的精确控制。这种控制能力不仅提高了干细胞的活性和功能，还增强了材料的生物相容性和稳定性。

光点击反应的应用还包括对生物材料的进一步修饰和功能化。例如，通过光点击反应，可以将功能性小分子与大分子连接，从而形成环状、分支状或网状的聚合物结构。这种结构能够模拟天然组织的特性，为细胞的生长和分化提供适宜的环境。此外，光点击反应还能够用于蛋白质标记和生物成像，从而提高对生物系统的分析精度。

在生物医学领域，光点击反应的应用前景广阔。随着研究的深入，越来越多的学者开始关注可见光和NIR光在生物材料合成中的应用。这种趋势不仅提高了光点击反应的安全性，还增强了其在生物医学中的实用性。通过优化光引发剂和光敏剂的选择，研究人员可以进一步提高光点击反应的效率和可控性，从而满足生物医学领域对材料性能的多样化需求。

光点击反应的未来发展方向包括开发更高效的光引发剂、优化反应条件以及探索新的应用场景。随着技术的进步，光点击反应在生物医学中的应用将更加广泛。例如，通过结合光点击反应和传统点击化学，研究人员可以开发出更加多样化的生物材料，这些材料能够满足不同疾病治疗的需求。此外，光点击反应还可以用于开发新型的药物递送系统，这些系统能够实现对药物的精确控制和释放。

光点击反应的另一个重要发展方向是提高其在复杂生物系统中的适用性。例如，在生物组织工程中，光点击反应可以用于构建具有特定功能的支架，这些支架能够模拟天然组织的结构和功能，为细胞的生长和分化提供适宜的环境。此外，光点击反应还可以用于开发新型的生物成像技术，这些技术能够提高对生物系统的分析精度，为疾病诊断和治疗提供新的工具。

在生物医学研究中，光点击反应的应用不仅限于材料的合成，还涉及到对细胞行为的调控。例如，通过光点击反应，可以实现对细胞的非侵入性激活，从而影响其生长、分化和迁移。这种调控能力使得光点击反应在组织工程和再生医学中具有重要的应用价值。特别是在使用间充质干细胞进行疾病治疗的研究中，光点击反应能够提供精确的微环境调控，从而影响干细胞的活性和功能。

光点击反应的另一个重要发展方向是提高其在复杂生物系统中的适用性。例如，在生物组织工程中，光点击反应可以用于构建具有特定功能的支架，这些支架能够模拟天然组织的结构和功能，为细胞的生长和分化提供适宜的环境。此外，光点击反应还可以用于开发新型的生物成像技术，这些技术能够提高对生物系统的分析精度，为疾病诊断和治疗提供新的工具。

随着研究的深入，光点击反应在生物医学中的应用将更加广泛。通过优化光引发剂和光敏剂的选择，研究人员可以进一步提高光点击反应的效率和可控性，从而满足生物医学领域对材料性能的多样化需求。此外，光点击反应还可以用于开发新型的药物递送系统，这些系统能够实现对药物的精确控制和释放，提高治疗效果。

总之，光点击反应作为一种高效的合成方法，在生物医学领域展现出巨大的应用潜力。通过选择合适的光引发剂和光敏剂，研究人员可以在可见光或NIR光的照射下，实现对生物材料的精确控制。这种控制能力不仅提高了材料的生物相容性和稳定性，还增强了其在生物医学中的实用性。未来，随着技术的进步，光点击反应将在生物医学领域发挥更加重要的作用，为疾病治疗和生物材料开发提供新的解决方案。