聚乙二醇（甲基）丙烯酸酯應用進(jìn)展

聚乙二醇（甲基）丙烯酸酯應用進(jìn)展

摘要   

聚乙二醇（甲基）丙烯酸酯（PEG(M)A）及其衍生物憑借可調的化學(xué)結構、優(yōu)異的生物相容性和多重響應特性，在智能材料、生物醫學(xué)及能源領(lǐng)域展現出廣闊應用前景。本文基于近期研究進(jìn)展，系統梳理了PEG(M)A及其共聚物在溫敏材料、水觸發(fā)硬化材料、藥物遞送系統及生物醫用涂層等領(lǐng)域的創(chuàng )新設計與性能優(yōu)化策略，并探討其未來(lái)發(fā)展方向。   

1. 引言   

聚乙二醇（甲基）丙烯酸酯（PEG(M)A）是一類(lèi)由親水性聚乙二醇（PEG）鏈段與可聚合的（甲基）丙烯酸酯基團構成的功能性單體。通過(guò)調控PEG鏈長(cháng)度、末端基團及共聚單體種類(lèi)，可賦予材料溫度響應性、水觸發(fā)硬化性及生物活性等特性。近年來(lái)，研究者通過(guò)原子轉移自由基聚合（ATRP）、光引發(fā)交聯(lián)等技術(shù)開(kāi)發(fā)了多種高性能PEG(M)A基材料，在藥物控釋、智能防護及組織工程等領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。   

2. 溫敏性PEG(M)A共聚物的設計與相變行為   

2.1 側鏈羥基對溫敏性能的調控   

Chen等通過(guò)ATRP合成了兩種溫敏共聚物P(EO2-co-EO4/5)和P(EO2-co-EG4/5)，其中后者側鏈含端羥基。研究發(fā)現：   

相變行為差異：P(EO2-co-EG4/5)的相變區間較P(EO2-co-EO4/5)更寬（濁度變化斜率降低40%），這是由于端羥基在相變過(guò)程中與鄰近乙氧基形成氫鍵，阻礙脫水過(guò)程的快速進(jìn)行。   

動(dòng)態(tài)親/疏水性：通過(guò)接觸角測試發(fā)現，兩種共聚物薄膜在低臨界溶液溫度（LCST）以上均發(fā)生疏水化轉變，但含羥基的P(EO2-co-EG4/5)薄膜表面潤濕性變化更平緩（接觸角從35°增至85°），適用于需要緩慢釋放的生物傳感器涂層。   

2.2 溫敏材料的生物醫學(xué)應用   

P(EO2-co-EG4/5)的遲滯相變特性使其在藥物緩釋領(lǐng)域表現優(yōu)異。例如，負載抗癌藥物的微球在體溫（37℃）下可實(shí)現長(cháng)達72小時(shí)的持續釋放，腫瘤抑制率較傳統材料提高30%。此外，其溫敏薄膜還可用于制備動(dòng)態(tài)抗凝血導管，通過(guò)表面親水性切換減少血栓形成風(fēng)險。   

3. 水觸發(fā)硬化材料的分子設計與性能突破   

3.1 PEG側鏈介導的微相分離機制   

張祺團隊開(kāi)發(fā)了基于甲基丙烯酸芐酯（BzMA）與PEGMMA的共聚物PBzMA2-PEGMMA1，其分子設計核心在于：   

梳狀結構設計：疏水性BzMA主鏈與親水性PEG側鏈（Mn=950）通過(guò)共價(jià)鍵連接，形成兩親性梳狀聚合物。干燥狀態(tài)下材料模量?jì)H為1.2 MPa，遇水后因PEG鏈吸水膨脹引發(fā)微相分離，模量提升達228倍（至275 MPa）。   

可逆性與形狀記憶：材料在干/濕態(tài)間可逆循環(huán)50次后仍保持90%模量穩定性。脫水后可通過(guò)熱觸發(fā)（Tg=39.4℃）恢復初始形狀，適用于可重構軟體機器人。   

3.2 智能防護與柔性電子應用   

該材料在智能防護領(lǐng)域表現突出：   

- 抗穿刺性能：水合后薄膜可抵抗20 m/s鋼針穿刺，穿透力吸收效率達95%。   

- 柔性電極封裝：與聚噻吩復合制備的導電水凝膠（透光率>90%，拉伸強度1.5 MPa）可用于可穿戴傳感器，在500%應變下電阻變化率<5%。   

4. 功能化衍生物在生物醫學(xué)中的創(chuàng )新應用   

4.1 活性靶向藥物遞送系統   

NHS-PEG-MA與MAL-PEG-MA等衍生物通過(guò)活性基團實(shí)現多功能修飾：   

NHS-PEG-MA：N-羥基琥珀酰亞胺酯（NHS）基團可與含胺藥物共價(jià)偶聯(lián)，制備的納米顆粒載藥量達25 wt%，并在腫瘤微環(huán)境（pH 5.5）下實(shí)現精準釋放。   

MAL-PEG-MA：馬來(lái)酰亞胺基團通過(guò)硫醇-烯點(diǎn)擊反應連接靶向肽（如RGD），使載藥微球在肝癌模型中的靶向效率提升至82%。   

4.2 組織工程支架的3D打印   

PAMAM-PEG-Acrylates復合材料結合超支化聚酰胺-胺（PAMAM）的多孔性與PEG的生物相容性：   

- 軟骨再生：負載軟骨細胞的支架在體外培養14天后細胞存活率>90%，II型膠原分泌量較純PEG支架提高3倍。   

- 神經(jīng)修復：含10 wt% PEGMA的明膠水凝膠可引導軸突定向生長(cháng)，在大鼠脊髓損傷模型中運動(dòng)功能恢復率提高40%。   

5. 挑戰與未來(lái)展望   

盡管PEG(M)A材料已取得顯著(zhù)進(jìn)展，仍需解決以下問(wèn)題：   

降解可控性：現有藥物載體多為不可降解材料（如DC Bead），長(cháng)期滯留可能引發(fā)炎癥。開(kāi)發(fā)酶響應型PEG(M)A共聚物（如PLGA-PEG-MA）是重要方向。   

多功能集成：結合光/磁響應單元（如Cy5-PEG-MA），構建多模態(tài)診療一體化平臺。   

規?；a(chǎn)：高純度PEG(M)A單體合成仍依賴(lài)多步反應，需開(kāi)發(fā)連續流微反應器技術(shù)降低成本。   

未來(lái)研究可聚焦于：   

- 兩性離子衍生物：如磺酸甜菜堿-PEG-MA，提升抗蛋白吸附性能。   

- 能源器件應用：PEGMA基固態(tài)電解質(zhì)（離子電導率1.2×10?3 S/cm）在柔性鋰電池中展現潛力。