《European Polymer Journal》：Biodegradation of photocurable amphiphilic polymer networks comprising ester-urethane, fibrinogen and catechol building blocks
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•以甲基丙烯酸酯化植物油基大分子单体开发了双亲性聚合物网络。•亲水性PEG化纤维蛋白原和儿茶酚衍生物提高了吸水率，并在酶降解后增加了质量损失。•酶的存在增加了表面粗糙度并诱导了孔隙形成。•降解产物被鉴定为非毒性。引言对可持续和可生物降解材料日益增长的需求刺激了对用于生物医学应
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以甲基丙烯酸酯化植物油基大分子单体开发了双亲性聚合物网络。
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亲水性PEG化纤维蛋白原和儿茶酚衍生物提高了吸水率，并在酶降解后增加了质量损失。
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酶的存在增加了表面粗糙度并诱导了孔隙形成。
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降解产物被鉴定为非毒性。
引言
对可持续和可生物降解材料日益增长的需求刺激了对用于生物医学应用的"绿色"聚合物的密集研究[1]、[2]、[3]。在这些材料中，可生物降解聚合物因其优异的力学性能和可调节的降解动力学而备受关注，这些性能可以根据不同临床应用的需求进行定制，包括组织工程、药物递送和再生医学[4]、[5]、[6]、[7]。可生物降解聚合物的一个关键优势是，在完成预期功能后能够进行可控降解，从而无需手术取出，同时促进组织再生并最大限度减少长期异物反应[8]、[9]、[10]。
生物基聚合物材料因可再生资源可以提供石油衍生原材料的替代品而引起了越来越多的关注[11]、[12]、[13]。然而，生物基来源、可生物降解性和整体可持续性代表不同的概念，不应被视为可互换的。聚合物的环境性能不仅取决于其结构单元的起源，还取决于合成、加工、使用寿命、降解途径以及最终降解产物的命运[12]、[14]、[15]。在生物医学应用中，这些考虑因素还必须与理化稳定性、生物响应以及根据预期的组织再生过程定制降解的能力相平衡[11]、[13]。植物油是特别有吸引力的可再生资源，因为其脂肪酸结构为化学官能化以及随后并入聚合物网络提供了机会。然而，许多植物油衍生网络的疏水性可能限制水的渗透，从而限制水解和酶降解。因此，引入亲水性和生物衍生组分提供了一种潜在的策略，用于调节这些网络的溶胀和降解行为[16]、[17]。
植物油被认为是其中最可持续的原料之一，因为它们天然丰富、成本低廉且具有生态可接受性。VO用于生产各种生物基功能性聚合物，如聚酯、聚酰胺、聚（酯酰胺）、聚氨酯和光固化树脂。这些聚合物已展现出广泛的应用，包括涂料材料、阻燃剂和胶粘剂，并已在生物医学研究中进行探索[18]、[19]、[20]、[21]、[22]。可生物降解的VO基聚合物的多功能性和潜力源于其可调节的性能，可以根据特定的医疗需求进行定制[23]、[24]、[25]、[26]。聚合物材料的降解行为受其分子架构和网络结构控制。关键参数，包括可水解或酶解键的类型和浓度、交联密度以及亲水-疏水平衡，决定了降解机制及其动力学。
源自脂肪酸基端官能化大分子单体的疏水光固化网络，含有酯、脲和酸酐连接，表现出相对缓慢的水解降解，主要原因是水向网络内的扩散受限[28]。尽管酶降解促进了键断裂并增加了质量损失，但总降解速率仍然有限。这些发现强调了分子设计策略的必要性，以增强吸水率、改善酶的可达性，从而促进交联网络内可降解连接的有效断裂[3]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]。
通过引入亲水性生物分子来修改聚合物以构建双亲性系统的广泛探索已被深入研究，因为它提供了一种简单的方法来定制材料的最终性能。生物大分子，尤其是蛋白质，在生物医学领域有着广泛的应用，涵盖从组织工程和药物递送到伤口愈合和外科手术的应用[24]、[32]、[33]、[34]、[35]。在这些研究中值得注意的生物大分子是纤维蛋白原，这是一种存在于血浆中的可溶性糖蛋白，在凝血级联反应中起着关键作用，使其成为伤口愈合和组织再生等过程不可或缺的一部分[26]、[36]、[37]、[38]、[39]、[40]。纤维蛋白原的结构具有氨基酸侧链的功能基团（如羧基、羟基或氨基），允许进行各种修饰，如甲基丙烯酸酯化或PEG化[41]、[42]。特别是，与聚乙二醇（PEG）的结合改善了水凝胶的稳定性，同时保持了纤维蛋白原的生物活性。这种修饰降低了免疫原性，增加了溶胀程度，并提供了可调节的力学性能[30]。
除了蛋白质外，小生物分子及其衍生物也被用于增强生物材料的功能。一种有前景的生物启发成分是L-DOPA，一种含有儿茶酚的氨基酸衍生物，灵感来源于贻贝黏附蛋白[43]、[44]。将富含羟基的儿茶酚基团引入疏水聚合物网络是一种广泛使用的策略，可增强湿黏附性、表面亲水性、生物活性、抗氧化能力和界面相互作用，而不会明显损害疏水基体的整体力学性能[45]。
双亲性光固化网络、含蛋白质的生物材料和儿茶酚功能化聚合物各自已被广泛研究用于生物医学和功能应用[46]、[47]、[48]、[49]。最近的研究表明，光交联双亲性网络可以被设计为平衡亲水性和疏水区域，同时提供可调节的溶胀、力学性能和降解行为[17]。另一方面，PEG化纤维蛋白原基材料提供了一条将蛋白质衍生的生物功能与合成聚合物网络形成相结合的路径，通常通过共价引入具有反应性基团的聚乙二醇（PEG）链来实现，如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团。在合适的引发剂存在下进行光照后，这些基团发生聚合形成交联水凝胶网络，从而能够控制网络密度、力学刚度、溶胀行为和降解特性，同时保持纤维蛋白原的生物相关特征[17]、[46]、[50]。儿茶酚功能化和甲基丙烯酸酯化的生物大分子也引起了相当大的关注，因为儿茶酚基团可以将生物启发的界面和黏附功能引入光交联生物材料中，包括甲基丙烯酸酯化明胶（GelMA）、甲基丙烯酸酯化透明质酸（HAMA）、甲基丙烯酸酯化壳聚糖和儿茶酚改性海藻酸盐水凝胶。在这些系统中，光交联基团促进稳定的三维聚合物网络的形成，而儿茶酚部分可以通过氢键、配位相互作用和氧化偶联反应来增强湿表面黏附性、界面相互作用和组织附着[47]、[48]、[49]、[51]。在此背景下，疏水植物油衍生酯-脲大分子单体与亲水PEG化纤维蛋白原和甲基丙烯酸酯化L-DOPA的结合应该提供一种独特的方法来控制光固化网络内的亲水-疏水平衡，并进一步影响其降解行为。
对新合成材料的化学结构和生物降解行为进行了表征，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振（NMR）光谱进行评估。随后监测了吸水率、质量损失和降解介质pH值的变化。降解产物的化学结构及其细胞毒性也进行了评估。使用微计算断层扫描（micro-CT）对表面形貌进行了可视化。系统地评估了光固化双亲性聚合物网络中的结构-降解关系，以建立分子设计原则，用于控制拟用于生物医学应用的材料的降解行为。
章节摘要
材料
二聚亚油酸基聚酯多元醇（Priplast 1838）由Cargill Bioindustrial（荷兰）提供。异佛尔酮二异氰酸酯（98%）（IPDI）、三（2-羧乙基）膦盐酸盐（TCEP·HCl）、冰醋酸、尿素、2-羟乙基甲基丙烯酸酯（97%）（HEMA）和硅胶购自Merck KGaA（德国）。吩噻嗪（PTZ）、丙烯酰氯、乙醚、三乙胺（TEA）、甲基丙烯酰氯、乙酰丙酮合锌（II）（ZnAc）、二甲基亚砜
合成前体的FTIR光谱
采用FTIR光谱确定杂化网络的组分A和B的化学结构。对于疏水大分子单体（组分A），FT-IR测量证实所获材料的化学结构与作者此前的工作一致[16]。含有酯-脲大分子单体的FTIR光谱及其峰值归属见图S2。FTIR分析通过...处吸收带的存在确认了末端功能化（甲基丙烯酸酯化）。
结论
本研究表明，光固化植物油衍生酯-脲网络的降解行为可以通过引入亲水性和生物衍生组分进行调节。特别地，引入PEG化纤维蛋白原和甲基丙烯酸酯化L-DOPA提高了水的可及性，并与增强的酶降解质量损失和孔隙率相关。因此，本方法的意义在于建立了成分-降解关系。
CRediT作者贡献声明
Gokhan Demirci：写作 - 审阅和编辑，方法论，研究，数据整理，概念化。Malwina J. Nied?wied?：写作 - 审阅和编辑，方法论，研究，数据整理。Weronika Kordek：方法论，研究。Magdalena Char?za：研究。Rados?aw Drozd：写作 - 审阅和编辑。Miroslawa El Fray：写作 - 审阅和编辑，监督，资金获取，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本工作由波兰国家科学中心（NCN）的研究项目OPUS17支持，"混合和弹性体聚合物网络：合成、结构和性能"；根据资助UMO-2019/33/B/ST5/01445。微计算断层扫描（micro-CT）分析在西波美拉尼亚理工大学Szczecin的高级材料和制造工艺工程中心（MATPRO）完成。
Gokhan Demirci|Malwina J. Nied?wied?|Weronika Kordek|Magdalena Char?za|Rados?aw Drozd|Miroslawa El Fray
