王勇教授团队：双锁分子域用于水凝胶程序化降解的研究

shadan

 材料降解在很多领域都是一个非常重要的科学课题。尤其在生物医学工程领域，材料降解往往直接影响药物控制释放和组织修复的最终效果。因此，为了调控材料的降解，科研工作者研究了很多环境敏感性系统。例如，材料降解可以通过光、pH、氧化还原或者温度来调控。为了提高调控的多样性，人们最近几年开始在一个材料系统里设计两个或多个独立的化学官能团。但是，由于这些官能团都是单独起作用，它们彼此之间并没有制约性，因此在复杂环境下很难实现调控降解的时空精确性。

  在近日发表的Angewandte Chemie 的文章中，宾夕法尼亚州立大学的王勇教授团队研发出了一种全新的可程序化降解的材料，工作原理基于双重加密的分子结构设计（double-locked domain，DLD）。为了验证概念的可行性，该团队以光敏和酸敏基团为例，把两种不同的基团整合到一个双锁分子结构域（DLD），并以DLD作为交联剂制备出一种新型水凝胶。在光的催化下，DLD的光敏感区域会产生分子结构变化而激活酸敏感区域，但是在生理条件下，这种分子构变和区域激活并不会导致分子化学键的断裂。只有在接下来的pH刺激下，被激活的酸敏感区域才会发生分子键的断裂，从而实现水凝胶的可控降解。有趣的是，如果对水凝胶只进行光或pH刺激，水凝胶不会降解；而且，如果先对水凝胶进行pH刺激，然后再进行光刺激，水凝胶也不会降解。虽然文章中研究者用pH和光敏感基团设计了DLD，理论上其它的化学官能团和对应的环境因子（例如，酸敏感和酶敏感官能团的整合）也可以应用于该概念中。

  王勇教授认为该DLD水凝胶的成功设计为程序化材料的进一步发展提供了一个新思路，也为药物控制释放和组织修复的时空调控提供了一个新的手段。

  王勇教授团队一直致力于程序化材料的研究，相关的研究还包括：Biomaterials, 2018,178, 663-680; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 6800-6804; Angew. Chem. Int. Ed,2015, 54, 5957-5861; JACS, 2012, 134, 15716-15719; JACS, 2012, 134, 12410-12413。

  论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.201811848