基于交互作用的热力学溶胶-凝胶机制以及PEG基多支链PCL共聚物的凝胶化行为，用于制备可注射的生物降解水凝胶

《Journal of Molecular Liquids》：Interaction-driven thermodynamic sol-gel mechanisms and gelation behavior of PEG-based multi-branched PCL copolymers toward injectable biodegradable hydrogels

PEG-PCL多臂共聚物热响应性与纳米凝胶形成机制研究。采用UV引发RAFT聚合制备不同臂数的线性及多臂（C?）?-E?-(C?)?共聚物，通过DSC、XRD和DLS分析表明，多臂结构降低结晶度（XRD显示结晶峰减弱）和玻璃化转变温度（DSC测得Tg降低），促进50 nm花状胶束在室温自组装，且LCST降低30-40℃。与线性结构相比，三臂（X=3）体系CGC降低至12.5%（w/v），Tgel降至32℃（低于生理37℃）。透射电镜证实多臂结构形成更稳定的纳米凝胶网络，酶降解实验显示负载酶的薄膜10天内质量损失达38.2%，证实其pH和酶响应特性。该研究为开发体温响应型药物载体提供了新策略。

　　本研究围绕聚乙二醇-聚己内酯（PEG-PCL）共聚物的结构特性及其在温度变化下的响应行为展开。这些共聚物因其在生物医学和药物递送领域的广泛应用而受到关注，尤其是在设计具有可控释放功能的纳米凝胶时。PEG-PCL共聚物结合了PEG的亲水性和PCL的疏水性，使其能够形成稳定的胶体结构，同时具备良好的生物相容性和可降解性。通过采用紫外引发的RAFT（可逆加成-断裂链转移）聚合方法，研究人员成功合成了多种结构的共聚物，包括线性结构和多臂结构，以探讨其在不同温度条件下的自组装行为和凝胶形成机制。

在温度变化对PEG-PCL共聚物的影响方面，研究发现这些共聚物在室温下可以自发形成花状的胶束，尺寸约为50纳米。然而，当温度升高时，胶束的形成变得更加困难，同时结构从胶束内部的环状构型向胶束之间的桥状构型转变。这种环状到桥状的结构转变在多臂共聚物中尤为显著，因为更多的PCL链端提供了更多的桥接点，从而促进了纳米凝胶的形成。此外，研究还表明，多臂共聚物在较低的凝胶化浓度（CGC）和较低的最低凝胶化温度（LCST）下即可形成凝胶，这与其独特的结构特性密切相关。

为了验证这些发现，研究团队采用了多种分析方法，包括X射线衍射（XRD）和差示扫描量热法（DSC），结果表明多臂共聚物相较于线性共聚物具有更低的结晶度和更高的热敏感性。这些特性使其在生理温度下（37°C）和适中浓度（20% w/v）下能够形成稳定的纳米凝胶系统。在药物递送应用中，这种凝胶系统的形成意味着可以实现对药物的可控释放，同时其良好的生物降解性也使其在体内具有良好的安全性。

研究还探讨了PEG和PCL链长对共聚物性能的影响。对于线性结构的共聚物，较长的PEG链会提高凝胶化温度（Tgel）和CGC，而多臂结构的共聚物则表现出更高的链移动性，从而在较低的浓度和温度下即可实现快速且高效的网络形成。这种差异源于多臂结构在温度变化时能够提供更多的相互作用点，从而加速凝胶的形成过程。在药物递送系统中，这种特性使得多臂共聚物能够更有效地封装药物，并在特定条件下释放药物，从而提高治疗效果。

此外，研究还评估了这些共聚物在酶降解和生理条件下的响应性。结果表明，这些共聚物在酶作用下表现出显著的降解行为，部分载有酶的薄膜在10天内即可出现明显的质量损失。这一发现进一步证明了PEG-PCL共聚物在生物医学应用中的巨大潜力。其良好的生物降解性和对生理条件的响应性，使其成为一种理想的生物可降解材料，能够在体内进行可控的药物释放，同时避免长期滞留带来的潜在风险。

在实际应用中，PEG-PCL共聚物因其独特的结构特性，能够满足多种需求。例如，在药物递送系统中，其能够形成稳定的胶体结构，同时具备良好的生物相容性和可控的降解行为，使其成为一种理想的药物载体。此外，在组织工程和纳米材料设计中，PEG-PCL共聚物也展现出广泛的应用前景。其能够通过调整PCL和PEG的比例，实现对凝胶化行为的调控，从而满足不同应用场景的需求。

为了进一步验证这些发现，研究团队对合成的PEG-PCL共聚物进行了详细的结构表征。其中包括核磁共振（NMR）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，这些方法用于确认共聚物的化学结构和官能团的存在。通过这些分析，研究人员能够确定共聚物的合成过程是否成功，并进一步研究其在不同条件下的行为变化。此外，研究还采用了动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）等技术，以分析共聚物在水溶液中的自组装行为和形态变化。

在材料合成方面，研究团队使用了多种化学试剂和催化剂。例如，PEG（平均分子量为600、1000和3800 g/mol）作为基础材料，ε-CL（纯度为99%）作为疏水性单体，2-溴乙酰溴（BaB，纯度为98%）作为引入溴官能团的试剂，2-羟乙基甲基丙烯酸酯（HEMA）作为亲水性单体，同时具有一定的交联能力。钠二乙基二硫代氨基甲酸三水合物（SDD）作为RAFT试剂，用于调控聚合反应的进程。锡（II）-2-乙基己酸酯（Sn(Oct)2）作为引发剂，用于启动聚合反应。此外，2,2-二甲氧基-2-苯基乙酰苯酮（DMPA）作为光引发剂，用于紫外引发的RAFT聚合过程。

通过这些材料的组合和反应条件的优化，研究人员成功合成了具有不同结构的PEG-PCL共聚物。这些共聚物在不同温度条件下的行为差异，为设计具有可控凝胶化行为的材料提供了重要的理论依据。同时，其良好的生物相容性和可降解性，使其在生物医学应用中具有广泛的应用前景。在药物递送系统中，PEG-PCL共聚物能够形成稳定的纳米凝胶，从而实现对药物的高效封装和可控释放。此外，其在不同pH条件下的响应性，也使其能够用于pH敏感的药物释放系统，从而提高药物的靶向性和治疗效果。

在研究过程中，研究人员还特别关注了多臂结构对凝胶化行为的影响。与线性结构相比，多臂结构的共聚物在温度变化时能够提供更多的桥接点，从而促进纳米凝胶的形成。这种特性使得多臂结构的共聚物在较低的浓度和温度下即可形成凝胶，同时表现出更高的热敏感性。此外，多臂结构的共聚物在酶降解条件下也表现出更高的降解效率，这与其独特的结构特性密切相关。这些发现为设计具有可控凝胶化行为和良好生物降解性的材料提供了重要的参考。

总的来说，本研究通过系统的实验和分析，揭示了PEG-PCL共聚物在不同结构和温度条件下的自组装行为和凝胶化机制。这些共聚物因其独特的结构特性，能够在生理温度下形成稳定的纳米凝胶系统，同时具备良好的生物相容性和可降解性。这些特性使其在生物医学和药物递送领域具有广泛的应用前景。未来的研究可以进一步探索这些共聚物在不同条件下的行为变化，以优化其在实际应用中的性能。同时，通过调整共聚物的化学结构和比例，可以实现对凝胶化行为的更精确控制，从而满足不同应用场景的需求。