Cross-Linkable Yet Biodegradable Polymer Films

Shuai Chen Jianglei Qin Jianzhong Du

Citation:  Shuai Chen, Jianglei Qin, Jianzhong Du. Cross-Linkable Yet Biodegradable Polymer Films[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2022, 38(8): 2006029-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202006029 shu

可交联且可生物降解的高分子膜

    通讯作者: 秦江雷, qinhbu@iccas.ac.cn
    杜建忠, jzdu@tongji.edu.cn
  • 基金项目:

    河北省自然科学基金 B2018201140

    有机无机复合材料国家重点实验室基金 oic-202001005

    国家杰出青年科学基金 21925505

    国家自然科学基金 21674081

摘要: 高分子膜在生物医用、电子器件、食品包装,以及气体分离等领域有着广泛的应用。实际应用中往往通过交联提高其稳定性、强度等性能。然而,传统的交联高分子膜材料在温和环境下难以降解。针对这一挑战,本文分别基于聚(α-(肉桂酰氧基甲基)-1, 2, 3-三唑)己内酯(PCTCL133)及其与己内酯(CL)的无规共聚物P(CL156-stat-CTCL28),通过溶液浇铸法制备了两种可交联且可生物降解的高分子膜。由于肉桂酸酯侧链阻止了PCL主链的结晶,因此PCTCL133均聚物可形成透明膜,而P(CL156-stat-CL28)无规共聚物则形成半透明膜。该高分子膜可进一步在紫外光照射下交联,而所形成的交联膜结构可以在酸催化下充分降解。理论上,这两种膜材料均可完全降解为分子量小于300 g∙mol−1的产物。而通过调节聚合物中己内酯的重量百分数以及膜的交联度,可以有效调节其降解速率、透明度等性能。在此基础上,我们进一步通过分子动力学模拟探究了溶液浇铸过程中高分子的不同初始浓度对膜材料杨氏模量的影响。结果表明,随着初始浓度上升,由于分子链间的缠结程度升高,最终制备的膜材料具有更高的模量。因此,该可交联、可降解,且降解性能可调的高分子膜在生物医用领域具有一定的应用前景,并可拓展到其他领域以实现更为广泛的应用。

English

    1. [1]

      Cheng, C.; Sun, S. D.; Zhao, C. S. J. Mater. Chem. B 2014, 2, 7649. doi: 10.1039/c4tb01390e

    2. [2]

      Chen, X. Y.; Li, J. S. Mater. Chem. Front. 2020, 4, 750. doi: 10.1039/c9qm00717b

    3. [3]

      Tharanathan, R. N. Trends Food Sci. Technol. 2003, 14, 71. doi: 10.1016/S0924-2244(02)00280-7

    4. [4]

      Bao, Q. Y.; Braun, S.; Wang, C. F.; Liu, X. J.; Fahlman, M. Adv. Mater. Interfaces 2019, 6, 1800897. doi: 10.1002/admi.201800897

    5. [5]

      Pandey, P.; Chauhan, R. S. Prog. Polym. Sci. 2001, 26, 853. doi: 10.1016/S0079-6700(01)00009-0

    6. [6]

      Reddy, N.; Reddy, R.; Jiang, Q. R. Trends Biotechnol. 2015, 33, 362. doi: 10.1016/j.tibtech.2015.03.008

    7. [7]

      Rhim, J. W.; Ng, P. K. W. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2007, 47, 411. doi: 10.1080/10408390600846366

    8. [8]

      Feng, C.; Huang, X. Y. Acc. Chem. Res. 2018, 51, 2314. doi: 10.1021/acs.accounts.8b00307

    9. [9]

      Xu, B. B.; Feng, C.; Hu, J. H.; Shi, P.; Gu, G. X.; Wang, L.; Huang, X. Y. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 6685. doi: 10.1021/acsami.5b12820

    10. [10]

      Xu, B. B.; Liu, Y. J.; Sun, X. W.; Hu, J. H.; Shi, P.; Huang, X. Y. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 16517. doi: 10.1021/acsami.7b03258

    11. [11]

      Sionkowska, A. Prog. Polym. Sci. 2011, 36, 1254. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2011.05.003

    12. [12]

      Baroli, B. J. Biomed. Nanotechnol. 2010, 6, 485. doi: 10.1166/jbn.2010.1147

    13. [13]

      Chandra, R.; Rustgi, R. Prog. Polym. Sci. 1998, 23, 1273. doi: 10.1016/S0079-6700(97)00039-7

    14. [14]

      Kweon, H.; Yoo, M. K.; Park, I. K.; Kim, T. H.; Lee, H. C.; Lee, H. S.; Oh, J. S.; Akaike, T.; Cho, C. S. Biomaterials 2003, 24, 801. doi: 10.1016/S0142-9612(02)00370-8

    15. [15]

      陈灵珊, 洪苑秀, 贺石生, 范震, 杜建忠. 物理化学学报, 2020, 36, 1910059. doi: 10.3866/PKU.WHXB201910059Chen, L. S.; Hong, Y. X.; He, S. S.; Fan, Z.; Du, J. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1910059. doi: 10.3866/PKU.WHXB201910059

    16. [16]

      宋涛, 奚悦静, 杜建忠. 高分子学报, 2018, No. 1, 119. doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17229Song, T.; Xi, Y. J.; Du, J. Z. Acta Polym. Sin. 2018, No. 1, 119. doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.17229

    17. [17]

      Lo, H. Y.; Kuo, H. T.; Huang, Y. Y. Artif. Organs 2010, 34, 648. doi: 10.1111/j.1525-1594.2009.00949.x

    18. [18]

      Shi, D. L.; He, T.; Tang, W. J.; Li, H. Z.; Wang, C.; Zheng, M. Z.; Hu, J.; Song, X. H.; Ding, Y. M.; Chen, Y. Y.; et al. Neurosci. Lett. 2019, 694, 161. doi: 10.1016/j.neulet.2018.12.006

    19. [19]

      Zhang, Q.; Jiang, Y.; Zhang, Y.; Ye, Z.; Tan, W.; Lang, M. Polym. Degrad. Stab. 2013, 98, 209. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2012.10.008

    20. [20]

      Sun, H. F.; Mei, L.; Song, C. X.; Cui, X. M.; Wang, P. Y. Biomaterials 2006, 27, 1735. doi: 10.1016/j.biomaterials.2005.09.019

    21. [21]

      Zou, Y. J.; He, S. S.; Du, J. Z. Chin. J. Polym. Sci. 2018, 36, 1239. doi: 10.1007/s10118-018-2156-1

    22. [22]

      Liu, G. J.; Ding, J. F.; Hashimoto, T.; Kimishima, K.; Winnik, F. M.; Nigam, S. Chem. Mater. 1999, 11, 2233. doi: 10.1021/cm990184k

    23. [23]

      廖雨瑶, 范震, 杜建忠. 物理化学学报, 2020, 36, 1912053. doi: 10.3866/PKU.WHXB201912053Liao, Y. Y.; Fan, Z.; Du, J. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1912053. doi: 10.3866/PKU.WHXB201912053

    24. [24]

      袁康, 周雪, 杜建忠. 物理化学学报, 2017, 33, 656. doi: 10.3866/PKU.WHXB201701162Yuan, K.; Zhou, X.; Du, J. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 656. doi: 10.3866/PKU.WHXB201701162

    25. [25]

      Xiao, Y. F.; Sun, H.; Du, J. Z. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 7640. doi: 10.1021/jacs.7b03219

    26. [26]

      Groschel, A. H.; Schacher, F. H.; Schmalz, H.; Borisov, O. V.; Zhulina, E. B.; Walther, A.; Muller, A. H. E. Nat. Commun. 2012, 3, 710. doi: 10.1038/ncomms1707

    27. [27]

      Du, J. Z.; Chen, Y. M.; Zhang, Y. H.; Han, C. C.; Fischer, K.; Schmidt, M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14710. doi: 10.1021/ja0368610

    28. [28]

      Qin, J. L.; Jiang, X. B.; Gao, L.; Chen, Y. M.; Xi, F. Macromolecules 2010, 43, 8094. doi: 10.1021/ma101639w

    29. [29]

      Peng, B.; Liu, Y.; Shi, Y.; Li, Z. B.; Chen, Y. M. Soft Matter 2012, 8, 12002. doi: 10.1039/c2sm26638e

    30. [30]

      Pitt, C. G.; Hendren, R. W.; Schindler, A.; Woodward, S. C. J. Controlled Release 1984, 1, 3. doi: 10.1016/0168-3659(84)90016-6

    31. [31]

      Shen, J. Y.; Pan, X. Y.; Lim, C. H.; Chan-Park, M. B.; Zhu, X.; Beuerman, R. W. Biomacromolecules 2007, 8, 376. doi: 10.1021/bm060766c

    32. [32]

      Gunatillake, P. A.; Adhikari, R. Eur. Cells Mater. 2003, 5, 1. doi: 10.22203/ecm.v005a01

    33. [33]

      Kamada, J.; Koynov, K.; Corten, C.; Juhari, A.; Yoon, J. A.; Urban, M. W.; Balazs, A. C.; Matyjaszewski, K. Macromolecules 2010, 43, 4133. doi: 10.1021/ma100365n

    34. [34]

      Tsarevsky, N. V.; Matyjaszewski, K. Macromolecules 2005, 38, 3087. doi: 10.1021/ma050020r

    35. [35]

      Jiang, X. B.; Chen, Y. M.; Xi, F. Macromolecules 2010, 43, 7056. doi: 10.1021/ma101460n

    36. [36]

      Wiltshire, J. T.; Qiao, G. G. Macromolecules 2006, 39, 9018. doi: 10.1021/ma0622027

    37. [37]

      Wiltshire, J. T.; Qiao, G. G. Macromolecules 2006, 39, 4282. doi: 10.1021/ma060712v

    38. [38]

      Deng, G. H.; Tang, C. M.; Li, F. Y.; Jiang, H. F.; Chen, Y. M. Macromolecules 2010, 43, 1191. doi: 10.1021/ma9022197

    39. [39]

      Imato, K.; Nishihara, M.; Kanehara, T.; Amamoto, Y.; Takahara, A.; Otsuka, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 1138. doi: 10.1002/anie.201104069

    40. [40]

      Haraguchi, K.; Uyama, K.; Tanimoto, H. Macromol. Rapid Commun. 2011, 32, 1253. doi: 10.1002/marc.201100248

    41. [41]

      Du, H.; Zha, G. Y.; Gao, L. L.; Wang, H.; Li, X. D.; Shen, Z. Q.; Zhu, W. P. Polym. Chem. 2014, 5, 4002. doi: 10.1039/c4py00030g

    42. [42]

      Atzet, S.; Curtin, S.; Trinh, P.; Bryant, S.; Ratner, B. Biomacromolecules 2008, 9, 3370. doi: 10.1021/bm800686h

    43. [43]

      Darwis, D.; Mitomo, H.; Yoshii, F. Polym. Degrad. Stab. 1999, 65, 279. doi: 10.1016/S0141-3910(99)00017-8

    44. [44]

      Defize, T.; Riva, R.; Raquez, J.-M.; Dubois, P.; Jérôme, C.; Alexandre, M. Macromol. Rapid Commun. 2011, 32, 1264. doi: 10.1002/marc.201100250

    45. [45]

      Riva, R.; Schmeits, S.; Stoffelbach, F.; Jérôme, C.; Jérôme, R.; Lecomte, P. Chem. Commun. 2005, No. 42, 5334. doi: 10.1039/b510282k

    46. [46]

      Chiu, F. C.; Wang, S. W.; Peng, K. Y.; Lee, R. S. Polymer 2012, 53, 3476. doi: 10.1016/j.polymer.2012.06.004

    47. [47]

      Gupta, P.; Trenor, S. R.; Long, T. E.; Wilkes, G. L. Macromolecules 2004, 37, 9211. doi: 10.1021/ma048844g

    48. [48]

      Rochette, J. M.; Ashby, V. S. Macromolecules 2013, 46, 2134. doi: 10.1021/ma302354a

    49. [49]

      Belsito, D.; Bickers, D.; Bruze, M.; Calow, P.; Greim, H.; Hanifin, J. M.; Rogers, A. E.; Saurat, J. H.; Sipes, I. G.; Tagami, H. Food Chem. Toxicol. 2007, 45, S1. doi: 10.1016/j.fct.2007.09.087

    50. [50]

      Chen, S.; Qin, J. L.; Du, J. Z. Macromolecules 2020, 53, 3978. doi: 10.1021/acs.macromol.0c00252

    51. [51]

      Lenoir, S.; Riva, R.; Lou, X.; Detrembleur, C.; Jérôme, R.; Lecomte, P. Macromolecules 2004, 37, 4055. doi: 10.1021/ma035003l

    52. [52]

      Chen, J. C.; Liu, M. Z.; Gong, H. H.; Huang, Y. J.; Chen, C. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 14947. doi: 10.1021/jp208494w

    53. [53]

      Cintas, P.; Barge, A.; Tagliapietra, S.; Boffa, L.; Cravotto, G. Nat. Protoc. 2010, 5, 607. doi: 10.1038/nprot.2010.1

    54. [54]

      Ge, T.; Pierce, F.; Perahia, D.; Grest, G. S.; Robbins, M. O. Phys. Rev. Lett. 2013, 110, 098301. doi: 10.1103/PhysRevLett.110.098301

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  3
  • 文章访问数:  156
  • HTML全文浏览量:  25
文章相关
  • 发布日期:  2022-08-15
  • 收稿日期:  2020-06-11
  • 接受日期:  2020-07-27
  • 修回日期:  2020-07-27
  • 网络出版日期:  2020-07-31
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章