【《双交联水凝胶的应用进展文献综述》2100字】

双交联水凝胶的应用进展文献综述双交联水凝胶水凝胶的性能与其交联方法高度相关，因此水凝胶的功能改进非常依赖于制造策略的创新。近些年来，研究者们采用加入有效的能量耗散机制或设计独特结构的方法来制造“坚硬”的水凝胶，如双网络（DN）水凝胶[67]、双交联（DC）水凝胶[68]、纳米复合（NC）水凝胶[69]、四臂聚乙二醇结构水凝胶[70]等。双交联水凝胶是指水凝胶网络中同时存在两种不同的交联结构，可以是物理-物理交联、化学-化学交联或物理-化学交联。利用两种交联方式可以形成优势互补，从而制备出具有自愈性以及各种响应性的高强度水凝胶[71]。Liu等人制备了一种双交联（DC）水凝胶，包含氢键交联的PNAGA水凝胶和Fe3+配位交联的羧甲基纤维素（CMC）水凝胶[68]（图1.16）。与普通的热塑性PNAGA水凝胶相比，该双物理交联水凝胶具有增大的强度和韧性，同时凝胶网络在重复的外力作用下也表现出自恢复性、抗疲劳能力和自愈性的特性。图1.16物理-物理双交联水凝胶示意图[68]。Figure1.16Schematicdiagramofphysical-physicaldoublecrosslinkedhydrogel.如图1.17所示，将甲基丙烯酰胺改性后的透明质酸（HA-MA）与硫醇改性后的透明质酸（HA-SH）混合，在紫外光及光引发剂的作用下可以形成双化学交联水凝胶。该HA-MA/HA-SH水凝胶的储存模量随着HA-MA含量的增加而增加；具有良好的抗菌药物控释性能，可用于制备伤口敷料[72]。图1.17化学-化学双交联水凝胶示意图[72]。Figure1.17Schematicdiagramofchemical-chemicaldoublecrosslinkedhydrogel.Burdick等人将金刚烷和硫醇接枝到同一透明质酸（HA）侧链上，将环糊精和碳碳双键接枝到另一HA的侧链上，两个修饰后的透明质酸混合后金刚烷和环糊精分别作为主客体发生配位作用促发成胶，胶体具有剪切变稀性能和高目标位点保留性。此外，硫醇和碳碳双键之间发生迈克尔加成反应形成化学交联，进一步提高凝胶的机械强度和体内稳定性[73]（图1.18）。图1.18物理-化学双交联水凝胶示意图[73]。Figure1.18Schematicdiagramofphysical-chemicaldoublecrosslinkedhydrogel.双交联水凝胶的应用进展结合两种交联方法特性的双交联水凝胶，力学性能得到明显提高的同时也增加了其他特性（如光/温敏性[74,75]、磁热/近红外光响应性[76]等）。因此，水凝胶制备的综合交联策略为构建自愈智能水凝胶在药物缓控释[77]、生物工程[78]、3D打印[79]等方面的应用提供了新思路。ZhongWenying课题组设计的双交联纳米复合水凝胶，利用多肽分子与顺铂之间的配位作用和多肽分子与海藻酸钠纳米粒之间的静电作用构建双交联网络。该多肽水凝胶不仅机械强度明显增强，而且能实现抗癌药物顺铂和伊立替康的差异化释放[77]。ChenXiaofeng课题组报道的双交联SA/PEG-CuBGM复合水凝胶可通过光热效应达到杀伤肿瘤细胞的效果。此外，CuBGM释放的钙、硅和铜离子能够通过上调骨相关基因表达促进新骨再生（图1.19）。该SA/PEG-CuBGM复合水凝胶在植入生物材料的开发和应用方面具有相当大的潜力[80]。图1.19双交联水凝胶SA/PEG-CuBGM的构造及用于光热和骨再生治疗的示意图[80]。Figure1.19Schematicillustrationofdoublecross-linkedSA/PEG-CuBGMhydrogelforphotothermalandboneregeneration.已有研究表明可注射水凝胶可用于封装干细胞用于细胞递送，提供细胞培养所需的三维环境，并通过调控力学性能、化学/生物功能化修饰等手段调控细胞黏附、增殖、分化等行为[81]。Zhang等人报道的双交联透明质酸水凝胶可作为细胞保护剂，用于递送L929细胞并促进包裹在内的细胞进行增殖[82]。BianLiming课题组报道的基于BP-Mg2+配位键自组装形成的水凝胶，镁离子与HA侧链上接枝的BP和丙烯酸化的二磷酸盐（Ac-BP）均具有配位交联作用。此外，紫外光能够诱导Ac-BP-Mg纳米粒表面的丙烯酸酯基团发生二级交联，从而实时控制水凝胶的刚度和交联密度，研究表明这种二级交联的延迟引入能够增强细胞扩散和成骨形成[83]（图1.20）。图1.20双交联水凝胶HA-BP-Mg的制造及应用于细胞递送的示意图[83]。Figure1.20Schematicillustrationofdouble-crosslinkedHA-BP-Mghydrogelforcelldelivery.此外，由于双交联水凝胶优异的力学性能，许多研究人员巧妙的设计了一系列双交联水凝胶用于生物组织工程支架的3D打印。Park课题组开发的酪胺修饰的甲基纤维素（Tyr-MC）水凝胶，在合适的温度和可见光的作用下能够促发双交联形成机械性能可调节的水凝胶[79]。该研究证实双交联水凝胶3D打印的组织支架稳定性要明显优于单纯物理交联水凝胶，并且细胞在该支架上具有良好的生存和增殖能力（图1.21）。图1.21双交联水凝胶Tyr-MC用于组织工程支架的3D打印[79]。Figure1.21Schematicillustrationofdouble-crosslinkedTyr-MChydrogelfor3Dprintingoftissueengineeringscaffold.参考文献[1]ZhangYS,KhademhosseiniA.AdvancesinEngineeringHydrogels[J].Science,2017,356(6337):1-10.[2]LiuX,LiuJ,LinS,etal.HydrogelMachines[J].MaterialsToday,2020,36,102-124.[3]LiS,DongS,XuW,etal.AntibacterialHydrogels[J].AdvancedScience,2018,5(5):1700527.[4]LiJ,MooneyDJ.DesigningHydrogelsforControlledDrugDelivery[J].NatureReviewsMaterials,2016,1(12):1-17.[5]DingX,ZhaoH,LiY,etal.SyntheticPeptideHydrogelsas3DScaffoldsforTissueEngineering[J].AdvancedDrugDeliveryReviews,2020,160,78-104.[6]HuW,WangZ,XiaoY,etal.AdvancesinCrosslinkingStrategiesofBiomedicalHydrogels[J].BiomaterialsScience,2019,7(3):843-855.[7]HenninkWE,vanNostrumCF.NovelCrosslinkingMethodstoDesignHydrogels[J].AdvancedDrugDeliveryReviews,2012,64,223-236.[8]TuY,ChenN,LiC,etal.AdvancesinInjectableSelf-HealingBiomedicalHydrogels[J].ActaBiomaterialia,2019,90,1-20.[9]GhavamiNejadA,AshammakhiN,WuXY,etal.CrosslinkingStrategiesfor3DBioprintingofPolymericHydrogels[J].Small,2020,16(35):2002931.[10]RybtchinskiB.AdaptiveSupramolecularNanomaterialsBasedonStrongNoncovalentInteractions[J].ACSNano,2011,5(9):6791-6818.[11]VoorhaarL,HoogenboomR.SupramolecularPolymerNetworks:HydrogelsandBulkMaterials[J].ChemicalSocietyReviews,2016,45(14):4013-4031.[12]DaiX,ZhangY,GaoL,etal.AMechanicallyStrong,HighlyStable,Thermoplastic,andSelf-HealableSupramolecularPolymerHydrogel[J].AdvancedMaterials,2015,27(23):3566-3571.[13]CuiJ,delCampoA.MultivalentH-BondsforSelf-HealingHydrogels[J].ChemicalCommunications,2012,48(74):9302-9304.[14]GuoM,PitetLM,WyssHM,etal.ToughStimuli-ResponsiveSupramolecularHydrogelswithHydrogen-BondingNetworkJunctions[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2014,136(19):6969-6977.[15]TuncaboyluDC,SariM,OppermannW,etal.ToughandSelf-HealingHydrogelsFormedviaHydrophobicInteractions[J].Macromolecules,2011,44(12):4997-5005.[16]ChenQ,ZhuL,ChenH,etal.ANovelDesignStrategyforFullyPhysicallyLinkedDoubleNetworkHydrogelswithTough,FatigueResistant,andSelf-HealingProperties[J].AdvancedFunctionalMaterials,2015,25(10):1598-1607.[17]ThangTrungK,AarstadOA,Skjak-BraekG,etal.GellingConceptCombiningChitosanandAlginate-ProofofPrinciple[J].Biomacromolecules,2013,14(8):2765-2771.[18]HuangS-C,XiaX-X,FanR-X,etal.ProgrammableElectrostaticInteractionsExpandtheLandscapeofDynamicFunctionalHydrogels[J].ChemistryofMaterials,2020,32(5):1937-1945.[19]WeiP,YanX,HuangF.SupramolecularPolymersConstructedbyOrthogonalSelf-AssemblyBasedOnHost-GuestandMetal-LigandInteractions[J].ChemicalSocietyReviews,2015,44(3):815-832.[20]KakutaT,TakashimaY,NakahataM,etal.PreorganizedHydrogel:Self-HealingPropertiesofSupramolecularHydrogelsFormedbyPolymerizationofHostGuest-MonomersthatContainCyclodextrinsandHydrophobicG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