课题组NSR(IF: 16.693)论文：发现水凝胶快速制备的普适性新方法

    水凝胶是一类与生物体软组织相似的“软”材料，具有由共价键或物理相互作用交联形成的三维网络结构。水凝胶具有高含水量和黏弹性，适合负载细胞和
生物活性分子，因此被广泛应用于组织工程和药物递送。羰基（尤其是醛基）与N-亲核基团（伯胺、酰肼、胺氧基）间的缩合反应可用于水凝胶的制备。但是，
这些成胶反应常常需要在较高醛基浓度，或催化剂参与下才能发生，且成胶速度慢、凝胶强度较低。这些不足限制了由上述方法制备的水凝胶材料的应用。

    近日，中国科学院长春应用化学研究所陈学思、贺超良团队提出了采用邻苯二醛（OPA）与N-亲核基团缩合反应，快速制备共价交联水凝胶的普适性方法。将
OPA封端的四臂聚乙二醇（4aPEG）与N-亲核基团封端的4aPEG混合，即可快速形成水凝胶。

    该方法具有诸多优势：

    1.临界成胶浓度低至1% (w/v)，该临界成胶浓度为相应的苯甲醛/N-亲核基团交联体系浓度的1/25~1/4，大大降低了醛基浓度过高可能带来潜在毒性的风险。

    2.成胶速率超快，传统方法中，12% (w/v)浓度的苯甲醛/N-亲核基团交联体系不成胶（形成席夫碱）或成胶时间为27 ~ 100 min（形成肟、酰腙），而相
      同浓度OPA/N-亲核基团修饰的4aPEG体系成胶时间只需几秒钟。

    3.水凝胶产物的机械强度提高，力学性能显著改善。

    小分子模型反应表明，OPA/N-亲核基团交联反应的关键，在于快速生成苄甲内酰胺产物或异吲哚二缩醛胺杂环中间产物。OPA与小分子伯胺生成苄甲内酰胺的
反应速率常数为4.3 M-1 s-1，分别超过文献报道中由苯甲醛生成酰腙、肟的3000倍和200倍，与许多环加成点击反应相当。此外，该交联反应具备组分可调的
普适性，以OPA封端的聚乙二醇作为大分子交联剂，可与天然多糖衍生物、蛋白质或合成高分子反应，快速制备多种具有生物活性功能的水凝胶。通过OPA与氨基
反应生成稳定的苄甲内酰胺基团，还可以方便地将许多自带氨基的生物活性分子“一步”键合到水凝胶骨架中。例如，由c(RGDfK) “一步”修饰的水凝胶显著促
进了成纤维细胞在凝胶表面的黏附和增殖。

    该研究以“A fast and versatile cross-linking strategy via o-phthalaldehyde condensation for mechanically strengthened and functional 
hydrogels”为题发表于National Science Review（论文链接：https://academic.oup.com/nsr/advanced-article/doi/10.1093/nsr/nwaa128/5856590)。
中科院长春应用化学研究所博士生张震为论文第一作者，贺超良研究员和陈学思研究员为论文通讯作者。