功能高分子学报 第33卷 凝胶,可将两段猪骨或猪肾紧密黏接,表明该水凝胶可以锚定在各种组织表面的多肽和蛋白质上。此外,大 鼠肝出血模型中应用该水凝胶后,由于通过席夫碱得到的 PGAJALG-CHO水凝胶凝胶化快速,儿茶酚基团与 组织之间的氢键和ππ堆积等多种相互作用形成水凝胶的网络屏障,使大鼠肝失血得到快速控制。Yu 等也通过狄尔斯-阿尔德和酰腙键反应制备了双交联网络生物黏合水凝胶,该水凝胶也具有很好的组织黏 合性能。 除了基于席夫碱的原位生物黏合水凝胶外,酶介导的原位交联水凝胶研究也取得了较大进展。酶介导 的生物黏合水凝胶具有力学性能可调、快速凝胶化和低毒特性,温和的交联条件也使其作为黏合剂在组织工 程中受到广泛关注。本课题组设计了双端酪胺修饰的聚乙二醇(PEG),并在辣根过氧化酶(HRP)和过氧 化氢(H2O2)存在下形成酶交联水凝胶,阐明了线性聚合物凝胶化的酶催化反应机理。该凝胶化通过HRP催 化的HO2的氧化反应消耗酚类化合物,如酪胺中的活性氢生成聚多酚来实现。Lee等从酶催化苯酚类化 合物的聚合出发,通过将羟基苯基丙酸和酪胺与明胶骨架结合,制备了一系列具有不同酚含量的明胶衍生 物,并考察了明胶衍生物的成凝胶行为和水凝胶性能。通过改变HRP和H2O2的浓度可调控水凝胶的成凝胶 时间。明胶衍生物在HRP和H2O2的存在下发生酶催化反应,使明胶衍生物中的苯酚基团相互反应形成寡聚 体,足够多的寡聚体作为交联点即可形成水凝胶。HRP浓度的增加降低了明胶-羟基苯基丙酸和明胶-羟基苯 基丙酸-酪胺的凝胶化时间,证实酚基明胶水凝胶的交联速率可通过H2O2和HRP浓度进行调控。对玻璃表 面与水凝胶间的黏合性能测试表明,该酶催化交联水凝胶的黏合强度可以由H2O2浓度来调控。该水凝胶具 有较好的黏合强度,其黏合强度是纤维蛋白黏合剂的2~3倍,可用于常规组织黏合剂的替代物。Hou等η 在HRP和H2O2存在下,实现了ALG-DOPA水凝胶的原位凝胶化。水凝胶的黏合力随着HRP和H2O2浓度 的增加而增加。较高的HRP和H2O2浓度使水凝胶的交联密度增加,而交联密度高的凝胶网络可以提供更强 的黏合相互作用。但进一步增加H2O2浓度时,过多的交联可能降低高分子的润湿性从而使水凝胶的黏附性 能降低。此外,酚基功能化的水溶性高分子也可通过酶促交联反应形成原位水凝胶。Wang等在HRP和 HO2存在下制备了ε-聚赖氨酸黏合水凝胶。酶催化交联水凝胶用于黏合剂,因其酶促反应条件温和、原位凝 胶化可控,以及黏合强度、力学性质和降解时间可调等特性,在外科手术止血和组织黏接等医疗领域中具有 较大应用潜力 近年来,自由基聚合水凝胶由于固化速率快和可控聚合等优势引起广泛关注,其在可见光或紫外光 (UV)照射下可实现体内或体外光聚合得到光敏生物黏合水凝胶,且可通过改变单体浓度、光引发剂浓度、光 强度和照射时间等调控凝胶性能啰。葡聚糖(DEX)中存在着大量羟基侧基,可通过化学修饰形成水凝胶 被广泛应用于组织黏合剂和组织工程领域阳。Wang等例采用光聚合生物材料甲基丙烯酸2-羟乙酯 (HEMA)和氨基甲酸酯葡聚糖(DEXU),通过紫外辐射交联得到生物黏合水凝胶(DEXH)。当高分子溶液暴 露在低功率U下时,由于聚合前HEMA易于渗透进入明胶表面的凹槽形成机械互锁,同时多官能团的 DEX-U提供了内聚力,导致DEX-H的黏合性能优于市售纤维蛋白黏合剂。甲基丙烯酸甲酯修饰的明胶 (GeMA)可通过光引发自由基聚合以共价交联形成水凝胶,由于其良好的生物学特性和可调的物理特性已被 广泛用于各种生物医学领域。 annabi等为了避免紫外光照射造成潜在的DNA和组织损伤,采用细胞外基 质(ECM)衍生物 GeMA和甲基丙烯酰取代重组人原弹性蛋白(MeIo)通过可见光交联制备了 MeTro GeMA生物黏合水凝胶。这种可见光活化光引发剂制备的生物黏合水凝胶避免了采用UV光带来的生物安 全问题。此外,相对于UV光介导的生物黏合水凝胶,可见光介导 Metro/geMA生物黏合水凝胶的力学性能 更优。 MeTro/geMA水凝胶的黏合性能可依据实际使用生理环境进行微调且与高分子浓度有关,其黏合强 度随着水凝胶中 GeMA比例的增加而增大,可达(57.26±568)kPa,远高于市售组织黏合剂的黏合强度。如 此高的黏合强度可归因于水凝胶与组织的机械互锁、交联过程中产生的自由基间的共价键合以及水凝胶基 质中游离羟基的氢键相互作用 多数生物黏合水凝胶由大分子和一种或多种小分子组成,大分子作为主要骨架结构提供力学性能,而小 分子通常作为交联剂与大分子反应提供黏合水凝胶的内聚强度。适当选择交联剂可以增加水凝胶的黏度并 使其与天然组织紧密连接。Nie等将马来酰亚胺基团引入到ε-聚赖氨酸上得到氨基化多肽交联剂 (EPLM),硫醇修饰的壳聚糖(CSS)通过EPLM快速原位交联形成水凝胶。该水凝胶内部的三维网络结构来 源于大分子上的羟基和硫醇基团与EPLM上氨基间的共价键合。同时,离子相互作用以及氢键相互作用也凝胶，可将两段猪骨或猪肾紧密黏接，表明该水凝胶可以锚定在各种组织表面的多肽和蛋白质上。此外，大 鼠肝出血模型中应用该水凝胶后，由于通过席夫碱得到的 PGA/ALG-CHO 水凝胶凝胶化快速，儿茶酚基团与 组织之间的氢键和 π-π 堆积等多种相互作用形成水凝胶的网络屏障，使大鼠肝失血得到快速控制。Yu 等[33] 也通过狄尔斯-阿尔德和酰腙键反应制备了双交联网络生物黏合水凝胶，该水凝胶也具有很好的组织黏 合性能。 除了基于席夫碱的原位生物黏合水凝胶外，酶介导的原位交联水凝胶研究也取得了较大进展。酶介导 的生物黏合水凝胶具有力学性能可调、快速凝胶化和低毒特性，温和的交联条件也使其作为黏合剂在组织工 程中受到广泛关注。本课题组[35] 设计了双端酪胺修饰的聚乙二醇（PEG），并在辣根过氧化酶（HRP）和过氧 化氢（H2O2）存在下形成酶交联水凝胶，阐明了线性聚合物凝胶化的酶催化反应机理。该凝胶化通过 HRP 催 化的 H2O2 的氧化反应消耗酚类化合物，如酪胺中的活性氢生成聚多酚来实现。Lee 等[36] 从酶催化苯酚类化 合物的聚合出发，通过将羟基苯基丙酸和酪胺与明胶骨架结合，制备了一系列具有不同酚含量的明胶衍生 物，并考察了明胶衍生物的成凝胶行为和水凝胶性能。通过改变 HRP 和 H2O2 的浓度可调控水凝胶的成凝胶 时间。明胶衍生物在 HRP 和 H2O2 的存在下发生酶催化反应，使明胶衍生物中的苯酚基团相互反应形成寡聚 体，足够多的寡聚体作为交联点即可形成水凝胶。HRP 浓度的增加降低了明胶-羟基苯基丙酸和明胶-羟基苯 基丙酸-酪胺的凝胶化时间，证实酚基明胶水凝胶的交联速率可通过 H2O2 和 HRP 浓度进行调控。对玻璃表 面与水凝胶间的黏合性能测试表明，该酶催化交联水凝胶的黏合强度可以由 H2O2 浓度来调控。该水凝胶具 有较好的黏合强度，其黏合强度是纤维蛋白黏合剂的 2～3 倍，可用于常规组织黏合剂的替代物。Hou 等[37] 在 HRP 和 H2O2 存在下，实现了 ALG-DOPA 水凝胶的原位凝胶化。水凝胶的黏合力随着 HRP 和 H2O2 浓度 的增加而增加。较高的 HRP 和 H2O2 浓度使水凝胶的交联密度增加，而交联密度高的凝胶网络可以提供更强 的黏合相互作用。但进一步增加 H2O2 浓度时，过多的交联可能降低高分子的润湿性从而使水凝胶的黏附性 能降低。此外，酚基功能化的水溶性高分子也可通过酶促交联反应形成原位水凝胶。Wang 等[38] 在 HRP 和 H2O2 存在下制备了 ε-聚赖氨酸黏合水凝胶。酶催化交联水凝胶用于黏合剂，因其酶促反应条件温和、原位凝 胶化可控，以及黏合强度、力学性质和降解时间可调等特性，在外科手术止血和组织黏接等医疗领域中具有 较大应用潜力。 近年来，自由基聚合水凝胶由于固化速率快和可控聚合等优势引起广泛关注，其在可见光或紫外光 （UV）照射下可实现体内或体外光聚合得到光敏生物黏合水凝胶，且可通过改变单体浓度、光引发剂浓度、光 强度和照射时间等调控凝胶性能[39, 40]。葡聚糖（DEX）中存在着大量羟基侧基，可通过化学修饰形成水凝胶， 被广泛应用于组织黏合剂和组织工程领域[41-43]。Wang 等[39] 采用光聚合生物材料甲基丙烯酸 2-羟乙酯 （HEMA）和氨基甲酸酯葡聚糖（DEX-U），通过紫外辐射交联得到生物黏合水凝胶（DEX-H）。当高分子溶液暴 露在低功率 UV 下时，由于聚合前 HEMA 易于渗透进入明胶表面的凹槽形成机械互锁，同时多官能团的 DEX-U 提供了内聚力，导致 DEX-H 的黏合性能优于市售纤维蛋白黏合剂。甲基丙烯酸甲酯修饰的明胶 （GelMA）可通过光引发自由基聚合以共价交联形成水凝胶，由于其良好的生物学特性和可调的物理特性已被 广泛用于各种生物医学领域。Annabi 等[44] 为了避免紫外光照射造成潜在的 DNA 和组织损伤，采用细胞外基 质（ECM）衍生物 GelMA 和甲基丙烯酰取代重组人原弹性蛋白（MeTro）通过可见光交联制备了 MeTro/ GelMA 生物黏合水凝胶。这种可见光活化光引发剂制备的生物黏合水凝胶避免了采用 UV 光带来的生物安 全问题。此外，相对于 UV 光介导的生物黏合水凝胶，可见光介导 MeTro/GelMA 生物黏合水凝胶的力学性能 更优。MeTro/GelMA 水凝胶的黏合性能可依据实际使用生理环境进行微调且与高分子浓度有关，其黏合强 度随着水凝胶中 GelMA 比例的增加而增大，可达（57.26 ± 5.68） kPa，远高于市售组织黏合剂的黏合强度。如 此高的黏合强度可归因于水凝胶与组织的机械互锁、交联过程中产生的自由基间的共价键合以及水凝胶基 质中游离羟基的氢键相互作用。 多数生物黏合水凝胶由大分子和一种或多种小分子组成，大分子作为主要骨架结构提供力学性能，而小 分子通常作为交联剂与大分子反应提供黏合水凝胶的内聚强度。适当选择交联剂可以增加水凝胶的黏度并 使其与天然组织紧密连接。Nie 等[45] 将马来酰亚胺基团引入到 ε-聚赖氨酸上得到氨基化多肽交联剂 （EPLM），硫醇修饰的壳聚糖（CSS）通过 EPLM 快速原位交联形成水凝胶。该水凝胶内部的三维网络结构来 源于大分子上的羟基和硫醇基团与 EPLM 上氨基间的共价键合。同时，离子相互作用以及氢键相互作用也  128 功    能    高    分    子    学    报 第 33 卷