聚乙二醇交联剂链长对透明质酸水凝胶理化与流变特性的调控机制及其生物医学应用潜力

本研究针对透明质酸(HA)水凝胶交联剂结构-性能关系不明确的科学问题，系统探究了不同链长聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)交联剂对HA水凝胶性能的影响。研究人员通过合成单分散PEGDE(n=2-6)及多分散PEGDE(n～10)，制备系列HA水凝胶，发现随着交联剂链长增加，交联密度(ν)降低而储能模量(G')升高(n≥6时达114.7Pa)。该研究为生物医用HA材料的设计提供了重要理论依据。

　　

透明质酸(HA)作为细胞外基质的重要成分，因其优异的生物相容性和可修饰性，在组织工程、药物递送和医美填充等领域展现出巨大应用潜力。然而天然HA存在体内半衰期短、机械性能不足等缺陷，亟需通过化学交联改性。虽然1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDE)是传统交联剂，但新兴的聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)因其更优的生物安全性备受关注。目前科学界对交联剂链长如何影响HA水凝胶性能的认识仍存在空白，这严重制约了高性能HA材料的理性设计。

为破解这一难题，研究人员开展了一项系统研究。通过精确合成不同链长的单分散PEGDE(n=2-6)及多分散PEGDE(n～10)，采用碱催化交联法制备系列HA水凝胶。运用¹H NMR定量分析交联剂含量，热重分析(TGA)评估热稳定性，流变测试表征机械性能，并结合Flory-Rehner方程计算交联密度，全面解析了交联剂链长与材料性能的构效关系。

在化学表征方面，¹H NMR显示随着PEGDE链长增加，交联剂总含量(Tot_cr-link)从16%降至8.2%。热分析表明所有水凝胶在121°C灭菌条件下保持稳定，满足临床应用要求。流变学测试揭示出反常现象：虽然长链PEGDE(n≥6)交联密度更低(ν=0.07 mmol/cm³)，但其储能模量(G')反而更高(110.4-114.7 Pa)，tan δ值更低(0.197-0.217)，表现出更强的弹性特征。溶剂吸收实验证实，甲醇吸收量随PEGDE链长增加而升高，与交联密度降低趋势一致。

通过Flory-Rehner理论计算发现，短链PEGDE(n=2)的交联效率(Cr_PEGDE)高达70%，而长链(n～8)仅为26%。但令人惊讶的是，低交联密度的长链PEGDE水凝胶反而展现出更优异的机械性能。研究人员推测，长链PEGDE的柔性分子链可能通过物理缠结等方式增强了网络结构，这种"少而精"的交联模式在保证力学性能的同时，最大程度保留了HA的活性位点，有利于维持其与CD44受体的结合能力。

这项研究的重要意义在于：首次系统阐明了PEGDE链长对HA水凝胶性能的调控规律，打破了"交联密度决定力学性能"的传统认知，为设计兼具优异机械性能和生物相容性的HA材料提供了新思路。特别是长链PEGDE(n≥6)交联的HA水凝胶，在保持高储能模量(>110 Pa)的同时，交联剂用量和交联密度更低，这不仅能降低免疫原性风险，还可能通过保留更多羧基和羟基来维持HA的生物活性。该成果对开发新一代组织工程支架、药物缓释系统和医美填充剂具有重要指导价值，相关发现已发表于《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》。