环糊精聚合物及其生物医学应用的研究进展

郄淑燕 郝莹 刘宗建 王锦 席家宁

引用本文: 郄淑燕, 郝莹, 刘宗建, 王锦, 席家宁. 环糊精聚合物及其生物医学应用的研究进展[J]. 化学学报, 2020, 78(3): 232-244. doi: 10.6023/A20010006 shu
Citation:  Qie Shuyan, Hao Ying, Liu Zongjian, Wang Jin, Xi Jianing. Advances in Cyclodextrin Polymers and Their Applications in Biomedicine[J]. Acta Chimica Sinica, 2020, 78(3): 232-244. doi: 10.6023/A20010006 shu

环糊精聚合物及其生物医学应用的研究进展

    作者简介: 郄淑燕, 女, 主任医师、副教授, 首都医科大学附属北京康复医院康复诊疗中心主任, 现任中华医学会物理医学与康复学分会康复治疗学组副组长, 中国康复医学会康复机构管理专委会常务委员, 中国康复医学会运动疗法专业委员会委员、水中运动疗法学组副主委, 北京医师协会康复医学专科医师分会常务理事, 石景山区重点学科学术带头人.2018年获"北京优秀医师".目前参与科技部重点课题2项, 主持省部级课题1项, 获省级科技进步奖2次.主编著作1部, 主译著作2部, 副主编著作和教材4部, 以第一或通信作者发表SCI文章5篇, 合作发表SCI文章4篇;
    郝莹, 女, 副研究员.2013年毕业于苏州大学, 获高分子化学与物理专业博士学位, 2014年至2017年在美国University of Delaware材料科学与工程系从事博士后研究, 2017年8月加入中国科学院苏州纳米所, 任副研究员; 主要研究方向包括高分子合成化学、功能生物材料以及干细胞定向分化研究; 主持国家自然科学基金青年基金1项, 发表SCI论文20余篇, 获中国发明专利授权3项;
    刘宗建, 男, 副研究员.2013年于北京理工大学生命学院获应用化学博士学位, 2015年于首都医科大学宣武医院神经生物学博士后出站.现担任首都医科大学附属北京康复医院科研管理部主任、中国电子学会生命电子分会委员、中国老年医学会脑血管分会青年委员.主要研究方向为免疫调控和炎症反应在脑卒中康复的作用机制研究, 主持国家自然科学基金面上项目1项和北京市自然科学基金1项, 获教育部科技进步奖1项.以第一/通讯作者发表SCI收录论文12篇, EI收录论文2篇;
    王锦, 男, 副研究员, 硕士生导师.2012年获北京理工大学材料学博士学位, 2012年至2014年分别于日本东京工业大学和山形大学从事博士后研究, 2014年回国加入中国科学院苏州纳米所任副研究员.主要研究方向为智能超分子水凝胶/气凝胶设计合成及其在生物、能源、环境中的应用, 迄今发表SCI论文40余篇, 申请发明专利20余项(已授权8项), 主持国家自然科学基金3项、江苏省自然科学基金及苏州市科技局等项目近10项, 作为主要研究人员参与国家重点研发计划、中国科学院重点部署专项等数10项科研项目;
    席家宁, 男, 教授, 主任医师, 硕士生导师, 首都医科大学附属北京康复医院、北京康复医学院院长, 首都医科大学康复学系副主任, 康复医学与理疗学专业学科带头人.成功带领传统疗养院转型为学院型康复医院, 是现代康复医院建设的引领者, "大康复, 强综合"康复医院运营管理模式的开拓者和实践者.创立了"以组织系统为基础, 以器官功能为核心"的学科架构理论体系, 为中国康复医学事业发展做出了突出贡献, 荣获"首都劳动奖章".担任中国康复医疗机构联盟主席、中国康复医学会康复机构管理专委会主任委员等.主持多项省部级及以上课题, 担任《中国康复科学杂志》主编、《中华临床医师杂志》常务编审等, 出版专业著作6部;
    通讯作者: 王锦, E-mail: jwang2014@sinano.ac.cn; 席家宁, E-mail: xijn888@sina.com
  • 基金项目:

    项目受国家自然科学基金(Nos.91963124,51773225,51903246)资助

摘要: 环糊精是一类由吡喃葡萄糖单元构成的大环分子,能够通过包结作用与多种小分子、金属离子以及聚合物形成主-客体包结物,从而实现对客体分子理化性能的调控,被广泛用于制药、食品、化学、色谱、催化、生物技术、农业、化妆品、卫生、医学、纺织和环境等领域.然而,环糊精分子在众多应用领域不易操控,通过化学交联制备环糊精聚合物,形成以环糊精为主体的聚合物,则有望实现环糊精与交联基团的"集成"和"协同"作用,不但能有效解决环糊精分子的操控问题,而且能够赋予环糊精单分子所不具有的独特功能和理化性质,因此环糊精聚合物的设计合成及其应用吸引了广泛的研究兴趣.本综述介绍了环糊精聚合物领域的研究近况,对环糊精聚合物的种类按结构与性质进行了分类,系统介绍了各类环糊精聚合物的制备方法,重点介绍了近五年环糊精聚合物取得的新突破,并详细论述了各类环糊精聚合物在生物医药中的应用和其他领域的代表性应用,最后对环糊精聚合物作了简要总结和展望.

English

  • 环糊精(cyclodextrin, 简称CD)是一类由吡喃葡萄糖单元通过α-1, 4-糖苷键链接而成的大环分子, 具有疏水空腔和亲水外壁的中空圆台状立体结构, 能够通过包结作用(encapsulation)与多种小分子和聚合物形成主-客体(host-guest)包结物(inclusion complexes), 从而实现对客体分子物理和化学性能的调控, 被广泛用于制药、食品、化学、色谱、催化、生物技术、农业、化妆品、卫生、医学、纺织和环境等领域[1~8].最常见的CD由6、7或8个吡喃葡萄糖单元构成, 分别称为α-、β-和γ-CD, 并分别具有18、21和24个羟基, 空腔直径分别约0.49、0.65和0.8 nm, 厚度皆为0.8 nm左右.纯CD都具有高度结晶结构, CD分子之间相互堆叠, 空腔通常被相邻CD阻隔, 因此CD的固态包结能力较弱, 客体分子难以扩散至CD晶体内部.将CD充分溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中, 再通过加温可实现α-和γ-CD的有序排列和管道结晶的形成, 使CD空腔面与面堆叠形成单分散亚纳米孔道结构, 将CD分子的空腔完全展露出来[9], 虽然其固-液吸附能力有一定的提高, 但与理论计算值仍然相差较远, 主要原因在于表层CD的空腔包覆客体分子之后, 缺乏往内运动的驱动力.通过喷雾干燥法可抑制CD结晶并获得无定形CD颗粒, 提高了固态下CD的吸附能力[10, 11], 但CD的无定形结构极不稳定, 在湿度或温度较高情况下都能自发结晶.此外, 纯CD分子在水等溶剂中溶解度高, 不便于收集使用.因此, 如何实现CD包结能力的充分展现、如何将CD制备成便于操控的材料, 一直是学术界和产业界关注的核心问题.

    以CD为主体成分, 通过化学交联等方式制备得到的一类聚合物, 分子骨架中具有众多CD基元, 因此被称为环糊精聚合物(cyclodextrin polymers, 简称CDPs)[12~14]. CDPs分为可溶和不溶两大类, 能维持环糊精固有的大环结构和功能羟基, 又使其具有高分子或交联网络的性质, 表现出高度的“集成”和“协同”效应, 不但解决前述CD分子的问题, 充分开发CD分子的潜力, 而且赋予其单分子所不具有的独特功能和理化性质.早于20世纪60年代已有文献报道CDPs[15, 16], 目前研究得最为广泛的是环氧氯丙烷(Epichlorohydrin, 简称EPI)交联的β-CD环糊精聚合物, 通常仅用于环境中污染物的处理[12, 13].自1990年发现CD与线形聚合物自组装后, 研究人员制备了一系列生物相容性好、生物可降解的CDP——超分子聚轮烷(Polyrotaxane, 简称PR)[17~23].鉴于CD优异的生物相容性、可降解性以及与多种有机、无机大小分子的包结作用能力, 使得CDP在生物医药领域中的应用大放光彩[4, 14].

    本综述系统概述了CDPs的种类及其制备方法, 特别是近5年来其在合成方法、新交联剂、新聚合物体系与形态等方面取得的突破性进展.归纳总结了环糊精聚合物的应用现状, 特别是在生物医药领域应用的最新研究成果.最后总体展望了环糊精聚合物在功能化设计、新结构和生物医药中的应用前景和发展趋势.

    图 1概括了CDPs的几种类型, 根据CD分子的特征, 可分为: (1)环糊精聚轮烷(图 1a). CD分子穿在线形聚合物链上, 聚合物两端由大体积基团或聚合物封端防止CD分子脱离, 主要特征为CD与聚合物和封端基团无化学作用, CD分子可在聚合物链上滑移和旋转, CD上的羟基完全保留, 可进一步修饰, 但CD空腔被聚合物占据无法实现进一步包结; (2)环糊精接枝聚合物(图 1b). CD分子通过化学键接枝到聚合物侧基或枝化高分子端基上, 主要特征为CD运动能力强, 空腔开放、能够包结, 但CD在体系中的含量相对较少; (3)环糊精交联聚合物(图 1c).以CD分子为主要成分, 通过交联剂进行化学交联形成聚合物网络或凝胶, 主要特征为CD数量众多, 空腔开放能够包结, 能够进一步改性修饰, 但凝胶网络不能溶解; (4) CD线形交联聚合物(图 1d). CD分子为共单体, 化学交联成线形聚合物, 特征为CD为主链的一部分, 空腔保留, 但合成难度大、极易交联形成CD交联聚合物, 或以CD为功能基团, 在CD上接枝数量可控的聚合物链制备得到星型聚合物, 这类CDP更多地体现接枝聚合物的性能.在CDP的制备过程中选择哪种CD主要取决于应用场合, 已经确定具体客体分子, 则选择能与其进行包结的CD, 例如制备环糊精聚轮烷选用的客体为聚乙二醇(poly(ethylene oxide), 简称PEO)时, 只能选用α-或γ-CD[1, 2]; 当客体分子不确定时, 如环糊精交联聚合物用于吸附时, 则从成本考虑的较多, 众多研究工作选择成本相对较低的β-CD[12, 13].

    图 1

    图 1.  环糊精聚合物的结构示意图: (a)环糊精聚轮烷; (b)环糊精接枝聚合物; (c)环糊精交联聚合物; (d)环糊精线形交联聚合物
    Figure 1.  Types of cyclodextrin polymers: (a) polyrotaxane; (b) grafted CD polymers; (c) crosslinked CD polymers; and (d) crosslinked linear CD polymers

    CD-PR的制备方法主要有三种[24], 如图 2所示, 分别为: (1) Threading approach, 即CD首先通过自组装与聚合物形成聚准轮烷包结物, 随后封端制备得到PR, 是最常用的方法; (2) Slippage approach, 即CD穿越大体积基团, 直接与哑铃状分子形成PR; (3) Inclusion polymerization approach, 即CD分子与聚合物单体包结, 随后原位聚合形成PR, 这种方法在CD与聚合物自组装发现前应用得较为普遍[24].从结构上看, CD-PR主要由三部分构成, CD主体分子、客体聚合物链和封端基团.其中α-、β-和γ-CD都能作为主体分子, 而能用于客体的聚合物也较多, 一般取决于CD的种类, 迄今用于PR的客体聚合物有PEO、聚丙二醇(poly(propylene oxide), 简称PPO)、PEO-PPO嵌段共聚物(Pluronic系列等)、聚四氢呋喃(Polytetrahydrofuran, 简称PTHF)、聚ε-己内酯(Poly(ε-caprolactone), 简称ε-PCL)、聚乳酸(Polylactic acid, 简称PLA)、聚异丁烯(Polyisobutene, 简称PIB)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, 简称PDMS)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(Poly(N-isopropyl acrylamide), 简称PNIPAAm)等, 其中PEO和PPO是采用最多的客体高分子[25~32].

    图 2

    图 2.  环糊精聚轮烷的制备方法: (a)穿线法; (b)穿越法; (c)包结物原位聚合法[24]
    Figure 2.  Synthetic approaches for CD based PRs: (a) "Threading" approach; (b) "Slippage" approach; and (c) "Inclusion polymerization" approach. Reprinted with permission from ref.[24]. Copyright©2009 American Chemical Society.

    主-客体分子的选择主要取决于二者之间的包结性能, 而封端基团往往决定PR体系的降解性、溶解性、以及大尺度的组装行为, 因此从应用角度出发, 封端基团的调控也是极其重要的环节. 图 3a列举了常用的封端基团小分子[24], 这类封端基团一般是在DMF、二甲基亚砜(DMSO)等溶剂中通过偶联反应键合到聚准轮烷的两端, 与之相应地, 聚准轮烷主链的两端也需要经过官能团功能化, 最常用的是端氨基, 此外, 端羟基和端羧基也采用过.采用小分子封端基团需在DMF、DMSO等溶剂中进行, 会造成CD分子的滑脱, 所得的PR一般不溶于水、四氢呋喃(THF)等溶剂中.此外, CD自身也被用作封端基团[33, 34].

    图 3

    图 3.  环糊精聚轮烷封端基团的种类: (a)小分子封端基; (b)聚合物封端基
    Figure 3.  End-capping groups of CD based PRs: (a) small molecule end-capping groups; and (b) polymeric end-capping groups.

    为了解决以上PR面临的问题, 原子转移自由基聚合(atom transfer radical polymerization, 简称ATRP)于2008年首次被引入到PR的制备中[35~37], 即制备聚准轮烷引发剂, 再采用ATRP法在聚准轮烷两端原位聚合乙烯基单体, 得到聚合物封端的三嵌段聚轮烷共聚物.如图 3b所示, 本方法可选用的封端单体种类众多, 且具有传统方法无法比拟的优势: (1)反应可以在水相、室温条件下进行; (2)一锅法聚合; (3)可选用的乙烯基单体众多, 结构和分子量可控; (4)引入聚合物封端, 使PR溶于水并自组装成胶束、囊泡等结构, 也可进一步熔融加工、电纺丝等; (5)可在两端的聚合物链上进行PR的改性从而保持CD不受影响.由此制备了一系列生物相容性好、具有刺激响应性和优异力学性能的PR[38~46], 在药物控制释放、组织工程支架中具有潜在的应用价值.以PNIPAAm聚合物封端的聚轮烷为例, Feng等[38, 41]采用Pluronic F127为客体聚合物, 经双端基溴甲基化后, 在环糊精饱和水溶液中自组装形成聚准轮烷, 随后加入NIPAAm单体, 原位进行ATRP聚合封端得到具有温度和溶剂双重刺激响应的聚轮烷.由于在水相中聚合, 包结后的CD不易掉脱, 因此能够通过物质的量配比实现聚轮烷中CD数量的精确控制, 所得的聚轮烷也具有较好的水溶性, 封端聚合物PNIPAAm的分子量也可精确控制.

    最近, 多种新类型CD-PR不断被合成并报道出来, 如通过α-CD与PEO在水中自组装形成超分子水凝胶, 再通过超临界二氧化碳干燥, 制备得到具有二维片层骨架结构的超分子聚轮烷气凝胶, 该气凝胶具有45 m2/g的比表面积, 比表面积大小可通过CD的种类、PEO分子量大小、CD与PEO物质的量配比进行调控, 所得气凝胶微块体材料, 能够支撑自身重量1000倍以上的重物, 具有管道结晶和PEO结晶双晶区, 将气凝胶的隔热性能和相变储能功能有机融合一体[47]; 以PNIPAAm封端的温度与溶剂双重刺激响应的聚轮烷为单体, 通过CD上的羟基进行化学交联制备得到有机凝胶, 再通过超临界干燥得到温度刺激响应聚轮烷气凝胶, 此类聚轮烷为块体, 具有丰富的开孔结构, 孔隙率达到90%以上, 密度最低仅0.1 g/cm3, 杨氏模量达到74.7 MPa, 压缩80%以上也不破碎, 表现出优异的韧性.从其扫描电子显微镜图可以看出, 该气凝胶骨架为纳米颗粒, 与前者的二维纳米片层完全不同. X射线衍射(XRD)结果表明, 此气凝胶为无规结构, 相比结晶性材料, 韧性有一定的提高.由于聚轮烷两端的封端基团为PNIPAAm, 其结构能够完好地保存下来, 因此实现了超分子本体材料在固态下的刺激响应性, 即高温时, 此气凝胶表现为疏水性, 接触角大于90°, 当温度低于32 ℃时, 表现为亲水性, 接触角小于90° [48]; 此外, 通过客体聚合物端基的修饰, 使形成的聚准轮烷纳米片相互排斥, 制备得到独立的聚准轮烷二维纳米片层, 在药物载体与输送等方面具有潜在的应用价值[49, 50]; 以光响应化学键链接的封端基团制备聚轮烷, 得到可逆的光刺激降解PR, 如图 4所示[51], 由硫代苯甲酸酯封端的PR, 在紫外光照下封端基团断裂, CD分子脱离, PR解体, 在黑暗条件下封端基团又键合, 得到CD数量较少的PR.以上工作是该领域近来取得的部分进展, 结构和性能上都有别于传统的PR体系, 极大地丰富和促进了PR的发展和应用.

    图 4

    图 4.  光驱动可解体的CD聚轮烷结构示意图[50]
    Figure 4.  Photo-reversible dissociation process of CD based PRs. Reprinted with permission from ref. [50]. Copyright©2019 Wiley-VCH Verlag GmbH & KGaA, Weinheim.

    CD接枝聚合物从结构上主要分为两种:一种为图 1b所示的侧链接枝型, 另一种为星型聚合物或支化聚合物端链上的接枝.除此之外, CD也被广泛用于固相界面的接枝修饰, 不在本综述所述的CDP范畴内[52, 53].

    侧链接枝型CDP主要包括将CD分子通过化学键接枝到合成高分子活性侧基上或生物大分子侧基上, 合成高分子类型有聚(甲基乙烯基醚-马来酸酐)共聚物[54]、聚丙烯酰胺(polyacrylamide)[55]、聚丙烯酸(Poly(acrylic acid))及其嵌段共聚物[56]等; 天然高分子主要包括壳聚糖(Chitosan)[57]、海藻酸钠(Sodium Alginate)[58]等.最近, 以氧化石墨烯(Graphene Oxide, 简称GO)为基底, 合成了CD接枝的GO-CDP, 将线形的CD接枝聚合物扩展到二维纳米片状接枝CDP[59, 60].例如Liu等[60]采用Hummers法制备了大尺寸的GO纳米片, 随后进行超声得到50~200 nm大小、1~2 nm厚的小尺寸GO, 最后在1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide (EDC)/ N-hydroxysulfosuccinimide (NHSS)催化体系下将单乙二胺基环糊精接枝到GO上得到GO-CDP.此接枝聚合物作为主体, 与肽和偶氮苯修饰的肿瘤靶向蛋白自组装形成更高级别的纳米聚集体.

    星型CDP中CD主要位于聚合物链端, 如在超支化聚硅氧烷表面修饰CD分子, 提高其荧光效率和生物相容性[61]; 在磁性纳米颗粒表面修饰CD分子得到树枝状CDP, 可提高纳米颗粒的选择性吸附能力(图 5)[62, 63]; 在磁性颗粒/聚吡咯纳米颗粒表面接枝CD, 实现阿霉素(DOX)的定向输送和释放[64].以上接枝CDP体系都无一例外利用了CD的自组装功能, 主要用于构建更高层级的组装和特异性识别, 提高目标分子的负载能力、吸附能力、靶向功能等.

    图 5

    图 5.  环糊精接枝聚合物的制备:磁性纳米颗粒表面修饰环糊精分子[63]
    Figure 5.  Synthesis of CD-grafted polymers: magnetic nanoparticles modified with CDs. Reprinted with permission from ref.[63]. Copyright©2018 The Royal Society of Chemistry.

    CD的交联聚合物是研究地最为久远的一类CDP[15, 16], 其中又以EPI交联的CD最为普遍, 由于CD分子高度交联, 与接枝CDP相比, CD的空腔虽然也都完好地保留下来, 但其运动受到限制, 因此通常只用于小分子的吸附, 不具有聚轮烷和接枝聚合物的自组装功能.关于EPI交联CDP已有文献进行了详细论述[12, 13], 本综述重点介绍近5年在CD交联聚合物领域取得的新突破, 包括结构的调控、材料维度的设计, 以及其在生物医药中的应用.

    由EPI交联的CD聚合物比表面积极低(约1~10 m2/g), 一定程度上影响了吸附质的扩散过程(吸附速率)和吸附量.除了EPI, 还有其他众多试剂用来交联环糊精[12, 13], 主要包括各类二异氰酸酯(Diisocyanate)、酰化聚乙二醇(Acylated poly(ethylene glycol))、已二酰氯(Adipoyl chloride)、柠檬酸(Citric Acid)、乙二醇缩水甘油醚(ethyleneglycol diglycidylether)、戊二醛(Glutaraldehyde)、聚丙烯酸(Poly(acrylic acid))、葵二酰氯(Sebacoyl Chloride)、琥珀酸酐(Succinic Anhydride)等, 上述交联剂制备的CDP比表面积低、无纳米孔结构.最近, 疏水性的刚性小分子四氟对苯二腈(Tetrafluoroterephthalonitrile, 简称TFTPN)被用于交联β-环糊精, 反应于80 ℃碳酸钾的THF悬浮液中进行, 所得CDP为黄色胶状沉淀物.通过氮气等温吸附测量, 此环糊精聚合物具有极高的比表面积, 最高达263 m2/g, 孔径主要分布在1.8~3.5 nm, 对双酚A等有机小分子具有吸附量大、吸附速度快等特点(图 6)[65].采用TFTPN为硬交联剂、EPI为软交联剂, 二者以一定比例共混, 制备得到的环糊精聚合物具有丰富的孔结构, 二氧化碳等温吸附计算得到其比表面积达103 m2/g, 相同条件下无TFTPN的EPI环糊精聚合物的比表面积仅1.2 m2/g.多梯度的孔结构和大比表面积显著提高了该环糊精聚合物对双酚A、间羟基联苯、乙炔雌二醇的吸附[66].

    图 6

    图 6.  环糊精交联聚合物反应示意图、等温吸附曲线及孔径分布[65]
    Figure 6.  Synthesis of crosslinked CD polymer, its adsorption isotherm and distribution of pore diameter. Reprinted with permission from ref.[65]. Copyright©2016 Macmillan Publishers Limited.

    此外, 上述介绍的环糊精聚合物, 无论是聚轮烷CDP、接枝CDP、以及交联CDP等.干燥后均为固体粉末.最近, 中国科学院苏州纳米所研究人员分别以柔性的六亚甲基二异氰酸酯(hexamethylene diisocyanate, 简称HDI)和刚性的三苯异氰酸酯甲烷(triphenylmeth- ane-4, 4′, 4″-triisocyanate, 简称TTI)为交联剂, 制备基于β-环糊精的交联聚合物凝胶, 该反应在80 ℃的DMF中进行, 不添加其他任何催化剂, 通过交联度和单体浓度控制得到凝胶, 最后通过超临界干燥技术, 得到了具有优异力学性能的块体环糊精聚合物——CD气凝胶, 该块体材料杨氏模量高达166 MPa, 密度仅为0.73 g/cm3.氮气吸附测得比表面积达到237 m2/g, 孔容达1.02 cm3/g, 且具有46 m2/g的微孔面积.如图 7所示, 这种环糊精聚合物又称为环糊精气凝胶, 具有分子空腔、微孔、介孔和大孔, 对有机分子吸附能力强, 在环境修复方面具有潜在的应用价值[67]. Wooley等[68]采用氨基功能化的β-环糊精衍生物为单体, 以均苯二甲酸酐为交联剂, 通过交联和化学脱水等步骤, 最后超临界干燥得到环糊精-聚酰亚胺聚合物气凝胶, 该环糊精聚合物也具有多级孔结构, 比表面积达155 m2/g, 但无力学性能的报道.

    图 7

    图 7.  环糊精气凝胶的制备路线及实物照片[67]
    Figure 7.  Synthetic approach of CD aerogels and their photo images. Reprinted with permission from ref.[67]. Copyright©2017 The Royal Society of Chemistry.

    Uyama和Harada等[69]采用单氯三嗪修饰的β-环糊精衍生物(MCT-β-CD)为单体, 聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine, 简称PEI)为交联剂, 不通过超临界流体干燥也得到了环糊精交联块体材料.将MCT-β-CD与PEI在去离子水中混合, 随后分别在4、6、8、10、25和50 ℃反应72 h, 得到一系列白色水凝胶, 将水凝胶分别用水、乙醇和正己烷置换, 最后在室温条件下干燥得到多孔的环糊精聚合物块体.不同温度下反应得到的环糊精聚合物块体密度都在0.2~0.25 g/cm3之间, 但低温(低于10 ℃)下得到的块体都具有400 m2/g以上的比表面积, 杨氏模量最高达26.5 MPa.由此可见, 交联CDP已经在结构(比表面积)以及三维宏观形态上(本体高强度)都于近5年取得迅速的发展和突破.

    相比前三种CDP, 线形CDP相对较少, 主要在于CD上的羟基数量过多, 反应活性相近, 因此容易形成交联CDP而非线形CDP.其中CD二聚体是研究地最早的一种, 如图 8所示, Ritter等[70]合成了环糊精二聚体1, 以其为超分子交联剂, 可与金刚烷修饰的聚合物2自组装形成超分子水凝胶3.这种超分子凝胶具有可逆的透明度, 转变温度范围窄, 且能通过改变12的比例进行调控.由于其良好的亲水性和结构稳定性, 在生物医药领域具有潜在的应用价值.

    图 8

    图 8.  环糊精二聚体(1), 金刚烷修饰的聚合物(2)及以二聚体为交联剂形成的超分子水凝胶(3)结构示意图
    Figure 8.  Structure of CD dimmer (1), adamantane modified polymer (2), and supramolecular hydrogels (3) formed by 1 and 2.

    以CD为活性功能基团制备的CD星型聚合物近年来获得广泛关注:如以β-CD为引发剂, 首先通过开环聚合得到β-CD接枝的多臂聚己内酯(β-CD-g-PCL), 进一步将PCL末端羟基改性, 采用ATRP法接枝聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(Poly(2-(dimethylamino)ethylmeth- acrylate, 简称PDMAEMA), 得到一种具有良好生物相容性的双亲性(Amphiphilic) β-CD-g-(PCL-b- PDMAEMA)星型聚合物[71].以HDI扩链的聚四氢呋喃聚氨酯为臂, α-CD为核, Maiti等[72]合成了生物相容性好的CD-聚氨酯星型聚合物并研究了其抗癌药物的负载和释放性能. Tilloy等[73]通过酯化反应在β-CD上接枝上数量可控的线形或环化油酸(oleic acid), 极大提高了β-CD的水中溶解度(50~480 g/L)及其表面活性.以全甲基化β-CD为核, Bonnet等[74]通过酰胺化反应制备了各类脂肪酸接枝的多臂聚合物, 此聚合物能够形成直径约120 nm的纳米颗粒, 在4 ℃能够长期稳定存在, 经MD模拟计算得到此CD多臂聚合物对阿扎那韦(Atazanavir)具有优异的负载能力.

    CDP在生物医学中具有巨大的应用价值[75], 主要有赖于CDP的生物相容性、可降解性以及对药物分子的高负载率和可控释放性能等, 但不同的CDP种类, 其优势稍有差别, 因此本文将结合CDP的种类和结构特征, 重点介绍其最新进展, 阐述其发挥的结构优势.

    对于CD聚轮烷而言, 其主要特点和优势在于CD分子在聚合物链上的滑动和转动, 同时CD的羟基能够完全保留, 可进一步修饰实现特定功能, 利用此特点研究人员提出自适应识别或自洽识别的概念, 即通过在CD上修饰抗原或配体, 再利用CD的滑动和转动, 可实现高效率的自适应识别.而传统的侧基化学键链接的配体无法在聚合物链上滑移和转动, 长短也固定, 不具有类似PR的自洽识别能力.如图 9所示, Yui等[76]将一种细胞黏附短肽(Arg-Gly-Asp, 简称RGD)接枝在聚轮烷的CD上, 作为对比, 同时合成了化学键链接的RGD聚合物(图 9中绿色线条), 研究结果表明, 在RGD修饰的PR中, 由于CD的运动, 能够增加RGD短肽与细胞膜表面整合蛋白的接触频率, 显著加快了早期的特异性识别速度.

    图 9

    图 9.  环糊精聚轮烷自适应识别、传统化学侧基聚合物示意图[76]
    Figure 9.  Schematic illustration of adaptive recognition CD based PRs and traditional polymer with chemical modified side groups. Reprinted with permission from ref.[76]. Copyright©2013 American Chemical Society.

    Shi等[77]在基于α-CD的PR上同时接枝具有抗肿瘤效应的维生素E聚乙二醇1000琥珀酸酯(TPGS)和10-羟基喜树碱(HCPT), 得到具有抗肿瘤活性的CDP (PR-TPGS-HCPT).体外实验表明, PR-TPGS-HCPT的抗肿瘤药物负载量达7.1%, 在酯酶存在下能加速HCPT的释放, 而小鼠体内实验表明, 该CDP聚合物具有抑制肿瘤生长、延长荷瘤小鼠的生存时间功能, 效果比单独使用HCPT更佳. Yui等[78]合成了磺化PR, 可固定成纤维细胞生长因子(Fibroblast Growth Factor, 简称FGF), 实现体外人间充质干细胞(Human Mesenchymal Stem Cells, 简称hMSCs)的成骨分化, 他们进一步发现, 在移动能力高的PR上, hMSCs的黏附性差, 失去成骨分化能力, 但在固定FGF的高移动性PR上, 成功实现了hMSC的分化, 而在移动性能低的PR上, 完全没有分化.此研究结果进一步表明CD中聚合物链上的移动对特异性识别、药物释放和细胞分化有重要的促进作用.

    对PR中的CD进行高分子聚合物修饰, 不仅能提高PR的水溶性, 而且能够有效提高药物的负载量及其细胞相容性等[34, 79~82].例如Jiang等[81]采用ATRP法对PR中的CD进行改性, 分别接枝上聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯(PHEMA)和正丁酯保护的聚甲基丙烯酸甜菜碱(PCB-tBu), 制备得到水溶性PR.其中PHEMA多臂聚合物能与抗癌药物紫杉醇(PTX)结合, 负载量达6.6%, 外层的PCB链段则具有优异的亲水性, 血液循环实验表明该体系具有非常优越的缓释能力.此外, 他们还对PR同时进行亲水化改性和荧光标记, 提高了PR的细胞相容性, 能够通过胞吞方式被细胞摄取[82].

    与PR不同, 接枝型CDPs主要利用CD空腔的包覆性能和自组装能力, 可实现载药、可控释放、细胞显影增强等能力.如图 10所示, Liu等[60]合成了氧化石墨烯表面接枝的CDP (GO-CD), 利用CD的主体包结作用, 实现对目标客体分子的包结, 从而进一步实现功能纳米组装体的构筑.为此, 他们又合成了聚赖氨酸、线粒体靶向肽、偶氮苯、以及PEO修饰的转铁蛋白(TPM-Azo)并作为客体分子, GO-CD与TPM-Azo通过CD的自组装形成纳米组装颗粒, 对线粒体肿瘤细胞具有非常高的靶向作用, 通过光控可显著抑制肿瘤细胞的生长.

    图 10

    图 10.  TPM-Azo客体分子、GOCD主体分子以及TPM-Azo/GOCD形成的超分子纳米组装体的合成[60]
    Figure 10.  Synthesis of the TPM-Azo guest, the GOCD host, and the TPM-Azo/GOCD host-guest supramolecular nanoassemblies. Reprinted with permission from ref.[60]. Copyright©2019 The Royal Society of Chemistry.

    Yan等[61]合成的超支化硅氧烷-CD接枝聚合物具有很好的荧光增强效应, 并尝试了细胞显影应用和载药应用.在2 mg/mL的环糊精接枝聚合物溶液中孵化24 h (37 ℃), 小鼠的成骨细胞在激光共聚焦显微镜下发蓝光, 具有很好的显影作用.进一步地, 他们研究了此接枝聚合物对布洛芬的负载和释放效果, 负载量达到160 mg/g, 在弱酸性(pH 6.4)条件下释放率达到78%, 而在中性(pH 7.4)条件下的释放率仅为35%(图 11).

    图 11

    图 11.  高荧光性能环糊精接枝聚合物的细胞显影及载药应用[61]
    Figure 11.  High fluorescent grafted CDP for cell imaging and drug delivery. Reprinted with permission from ref.[61]. Copyright©2019 American Chemical Society.

    交联型CDP一般难以溶解, 因此主要被用于环境水处理当中, 然而通过合成条件控制CDP交联微凝胶的形成, 除了作为药物载体, 还可直接用于动脉粥样硬化的治疗.如图 12所示, Park等[83]合成了尺寸为10 nm左右的CD交联聚合物, 与纯CD相比, CDP具有更加优异的药代动力学和斑块靶向功效, 此外, 这种CDP不会造成细胞质膜破裂, 可降低CD的细胞毒性和溶血性.在小鼠试验中, 皮下注射CDP (1 g/kg)能够有效抑制动脉粥样硬化斑块的生长, 且在高达8 g/kg的剂量下无毒副作用.这些结果表明CDP能够有效克服纯CD在动脉粥样硬化中面临的问题.

    图 12

    图 12.  环糊精交联聚合物在动脉粥样硬化中的有效和安全应用[83]
    Figure 12.  CDP for effect and safe treatment of atherosclerosis. Reprinted with permission from ref.[83]. Copyright©2020 Elsevier B.V.

    线形或星型CDP与接枝型CDP类似, 可在溶液中自组装形成纳米颗粒, 对药物具有一定的负载作用, 可用于药物控释应用, 但与接枝CDP又明显不同:接枝聚合物中CD的数量较多, CD的包结作用起到的效果明显, 而线形或星型CDP中CD含量较少, 其功能和性能往往取决于聚合物臂的种类、分子量以及臂的数量.如图 13所示, Zhong等[84]合成了CD星型聚合物, 其中CD的次级面被甲基化, 初级面通过-SH作用接枝上两亲性聚合物, 该CDP能够进一步组装成内部疏水、外部亲水的核-壳结构纳米胶束, 尺寸在50~70 nm之间, 对DOX的负载率高达31.9% (w).这些纳米胶束能够在肿瘤区聚集并释放DOX, 表现出优异的靶向性.与此同时, 该胶束对其他部位的健康组织不造成明显影响, 是一种潜力巨大的肿瘤靶向载体.

    图 13

    图 13.  一系列环糊精星型聚合物的详细制备路线示意图及其可控载药与释放应用[84]
    Figure 13.  Detailed synthetic routes of a series of CD star-shaped polymer and their application for controlled drug delivery and release. Reprinted with permission from ref.[84]. Copyright©2017 Elsevier B. V.

    除了在生物医药领域有巨大的应用潜能, CDP在环境、隔热保温、催化、拓扑水凝胶和弹性体制备等方面的应用也极具特色.此处重点介绍交联CDP在环境、催化、隔热领域中的应用以及CD-PR在拓扑水凝胶中的应用.

    CDP在环境中的应用主要是污水处理, 由于环糊精分子与交联剂的协同作用, 与传统的吸附剂, 如活性碳、离子交换树脂等相比较, 环糊精聚合物对极微量的污染物也能起到有效吸附作用; 与纯环糊精相比, 环糊精聚合物对亲水性污染物的吸附也更有效, 例如高分子量的染料分子和多环芳香烃化合物等.最近, Crini等[13]以EPI交联环糊精聚合物为例, 系统阐述了环糊精聚合物的吸附机制(图 14), CDP与吸附质的作用力主要有配位、包结、物理作用、氢键、疏水作用、范德华力、静电作用、离子相互作用和螯合作用等.总体而言, 与其它吸附材料相比, 环糊精聚合物与污染物的吸附可能同时存在化学吸附和物理吸附.

    图 14

    图 14.  环糊精聚合物对有机小分子的吸附示意图[13]
    Figure 14.  Schematic illustration of the absorption of small organic molecules by CDPs. Reprinted with permission from ref.[13]. Copyright©2017 Elsevier B. V.

    CDP在催化中的应用主要体现在其催化剂的负载上, 如Peinemann等[85]采用点击化学, 将叠氮修饰的环糊精与对苯二乙炔交联聚合, 在60 ℃反应2 d, 得到黄色粘稠CDP沉淀物, 产量达77%.值得一提的是, 该环糊精聚合物交联部分可控, 所有环糊精的次级面完全保留, 因此客体分子依然容易进入环糊精的空腔.此外, 环糊精和交联剂都属于刚性基团, 得到的环糊精交联聚合物具有优异的化学稳定性, 能够耐受水、DMF、THF、丙酮、正己烷、乙醇和甲醇等.以此CDP为模板, 利用CD的限域效应, 制备得到尺寸小于1 nm的金属Pd颗粒.这些环糊精聚合物负载的亚纳米颗粒具有非常高的低温氢化(Hydrogenation)和铃木-宫浦偶合(Suzuki-Miyaura coupling reaction)催化性能, 其中环糊精对单体的吸附作用和Pd金属颗粒的超细尺寸起到一定的协同作用.此外, 以此环糊精聚合物为模板, 亦可制备超细Ag、Au、Pt、Rh等纳米粒子.

    CDP在隔热保温中的应用主要体现在PR气凝胶和CD气凝胶的成功制备上, 气凝胶是一类纳米多孔材料, 其孔隙率高达99%以上, 比表面积巨大, 热导率极低, 是一种密度极低、隔热性能极佳的固体材料[86~91]. PR气凝胶于2015年被首次报道[47], 通过α-CD与PEO在水中自组装形成超分子水凝胶, 再通过超临界二氧化碳干燥获得. 图 15A展示了PR气凝胶的隔热性能, 分别制备了PEG片(热导率为0.3 W/(m•K)), 聚苯乙烯(PS)泡沫片(热导率约为0.1 W/(m•K)), PR气凝胶(热导率为0.053 W/(m•K))和氧化硅气凝胶(热导率为0.0431 W/(m•K)).从图中可以看到, PEG的温度很快上升并且熔化, PS的温度也随时间慢慢升高, 而PR和氧化硅气凝胶温度依然维持较低温度, 表现出优异的隔热性能.有意思的是, PR气凝胶含有PEG结晶区域, 在40~50 ℃区间有熔融吸热峰和冷却放热峰, 潜热可达71.8 J/g, 没有任何宏观的体积变化和泄漏, 因此又具有储能作用, 使其将隔热和储能有机融合于一体. 图 15B是传统隔热材料的隔热示意图, 可以抵挡大部分热量从高温扩散至低温区域, 反之亦然.而PR气凝胶, 如图 15C所示, 其不仅能够抵挡大部分热量从高温扩散至低温区域, 同时能在材料内部储存一定的能量, 当隔热材料两端温度变化时, PR能够释放一定热量, 能够有效维持一端的温度不变.此后, 研究人员相继制备出了温度刺激响应性聚轮烷气凝胶[48], CD气凝胶[67, 68], 以及有机无机杂化气凝胶等[92~96].例如, Ito等[92]试图尝试直接将滑环胶交联制备气凝胶, 但无法得到块体材料, 然而采用聚轮烷作为柔性增韧基团修饰氧化硅表面, 制备得到环糊精氧化硅复合气凝胶, 该复合气凝胶具有高透明度, 1 mm厚的气凝胶样品在550 nm处的透光度能达到48.9%.密度控制在0.015~0.30 g/cm3的范围, 比表面积最高达到772 m2/g.此外, 该气凝胶的室温热导率仅为0.011 W/(m•K), 是一种综合性能十分优异的复合氧化硅气凝胶.此外, Xu等[95]β-环糊精接枝到氧化石墨烯气凝胶上制备了环糊精功能化的石墨烯气凝胶.主要目的是利用环糊精对抗体的选择性包覆, 实现对肿瘤标记物糖类抗原15-3 (CA 15-3)的高精度免疫传感.进一步, 他们用β-环糊精功能化硼掺杂的氧化石墨烯气凝胶, 实现对二氯苯酚的伏安传感检测[96].

    图 15

    图 15.  PR气凝胶的隔热应用展示: (A) PEG片、PS片、氧化硅气凝胶和PR气凝胶的实物和红外照片, 加热台温度100 ℃; (B)传统隔热材料示意图; (C)隔热与储能一体化示意图[47]
    Figure 15.  Application of PR aerogels for thermal insulation: (A) Infrared and digital photo images of PEG plate, PS plate, silica aerogel, PR aerogel heated under 100 ℃; (B) Illustration of conventional thermal insulation materials; and (C) Illustration of the combination of PCM and aeraogel for thermal insulation and heat preservation. Reprinted with permission from ref.[47]. Copyright©2015 American Chemical Society

    除了生物医学应用, CD-PR最独特的应用在于制备拓扑凝胶, 又称滑环胶(slide-ring gel)[97~101].传统凝胶主要包括物理凝胶和化学凝胶[102~104], 物理凝胶主要由非共价键形成的网络, 力学性能较差; 而化学凝胶由化学键形成凝胶网络, 力学性能较强.然而化学凝胶的交联点固定, 因此在外力拉伸下容易产生应力集中而发生断裂, 断裂伸长率较短.

    而如图 16所示[97], 将PR中的CD化学交联能够形成一种全新的凝胶, 这种凝胶通过化学键交联, 形成“8”字型结构, 交联点可以在外力作用下滑动, 类似滑轮一样, 因此被称为滑环胶.滑环胶在外力拉伸下交联点可以随着CD的运动而滑移, 能够消除局部应力, 使得凝胶材料的拉伸长度大幅提高.例如滑环胶的拉伸长度可以达到初始长度的24倍, 体积可以在溶胀后增加24000倍.当然, 实现CD的滑动除了外力, 还需两个因素: (1) PR中CD的数量少, 如此才具有足够的空间滑动; (2)有一定的溶剂存在, 干态下聚合物堆积CD的滑动受阻.如通过小角X-射线散射, Amemiya等[105]研究了滑环胶中交联点的滑动特性.研究发现在不良溶剂中, 滑环胶聚集, 阻碍了滑环效应.相反, 在良溶剂中, 聚合物链能够自由地穿过交联点从而表现出滑环效应, 在散射图中可以看到, 滑环胶在NaOH溶液中单轴拉伸的衍射花样表现出各向同性, 而在不良溶剂中表现为非正常的蝶形衍射花样.这些结果表明在良溶剂中聚合物能够在交联点上自由滑动, 而在不良溶剂中, 由于聚合物不能自由滑动, 所以表现出与普通化学凝胶类似的特点.将CD-PR应用到滑环胶中, 可制备拉伸性能优良, 具有自愈合性能的功能性材料, 极大地扩展了CDP的应用领域.

    图 16

    图 16.  聚轮烷与滑环胶结构示意图[97]
    Figure 16.  Schematic diagram of PR and slide-ring gel. Reprinted with permission from ref.[97]. Copyright©2014 The authors and Journal of Applied Polymer Science Published by Wiley Periodicals, Inc.

    环糊精聚合物集成了CD分子的特性与交联剂的性质, 同时额外获得了交联网络结构的性能, 在环境领域中具有独特的优势.传统的CDP主要局限于EPI交联物, 虽然成本较低、制备技术成熟, 但由于EPI的毒性, 其应用受到一定的局限.近年来, 随着应用需求的扩展、学科交叉的深入, 各类新型CDP不断涌现出来, 如CDP的种类从传统的交联CDP, 到结构精细可控、能够进一步自组装的CD-PR、接枝型CDP以及CD星型聚合物.这些体系将CD的主体分子的包覆性能、优异的生物相容性充分发挥出来, 在生物医药领域的应用取得长足进展, 包括自洽抗体识别、肿瘤靶向输送、光控药物释放、动脉粥样斑块抑制等.另一方面, 传统CDP虽然具有交联网络结构, 但干燥的样品比表面积低, 直接影响其吸附能力, 近年来, 通过交联剂的设计, 得到比表面积高达400 m2/g的CDP, 不仅增加了吸附能力, 而且极大地提高了吸附速率.随着CD气凝胶的出现, 又将传统颗粒状的CDP制备成力学强度高达166 MPa的块体材料, 实现了CDP从功能材料到高性能工程材料的演变, 此外, CD气凝胶不仅具有200 m2/g以上的比表面积, 而且密度低、具有丰富的多孔结构, 在同一材料中实现亚纳米孔、微孔、介孔和大孔4种孔的共存, 且表现出优异的隔热性能.综上所述, 近年来, CDP在结构设计、性能优化、特殊应用等方面都取得重要进展, 随着学科的交叉而逐渐展现新的特色与生命力, 可以预见, 随着CDP结构的进一步精细化设计和协同效应的展示, CDP在生物医药、节能环保、催化、智能响应材料领域将获得重要应用.


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  • 图 1  环糊精聚合物的结构示意图: (a)环糊精聚轮烷; (b)环糊精接枝聚合物; (c)环糊精交联聚合物; (d)环糊精线形交联聚合物

    Figure 1  Types of cyclodextrin polymers: (a) polyrotaxane; (b) grafted CD polymers; (c) crosslinked CD polymers; and (d) crosslinked linear CD polymers

    图 2  环糊精聚轮烷的制备方法: (a)穿线法; (b)穿越法; (c)包结物原位聚合法[24]

    Figure 2  Synthetic approaches for CD based PRs: (a) "Threading" approach; (b) "Slippage" approach; and (c) "Inclusion polymerization" approach. Reprinted with permission from ref.[24]. Copyright©2009 American Chemical Society.

    图 3  环糊精聚轮烷封端基团的种类: (a)小分子封端基; (b)聚合物封端基

    Figure 3  End-capping groups of CD based PRs: (a) small molecule end-capping groups; and (b) polymeric end-capping groups.

    图 4  光驱动可解体的CD聚轮烷结构示意图[50]

    Figure 4  Photo-reversible dissociation process of CD based PRs. Reprinted with permission from ref. [50]. Copyright©2019 Wiley-VCH Verlag GmbH & KGaA, Weinheim.

    图 5  环糊精接枝聚合物的制备:磁性纳米颗粒表面修饰环糊精分子[63]

    Figure 5  Synthesis of CD-grafted polymers: magnetic nanoparticles modified with CDs. Reprinted with permission from ref.[63]. Copyright©2018 The Royal Society of Chemistry.

    图 6  环糊精交联聚合物反应示意图、等温吸附曲线及孔径分布[65]

    Figure 6  Synthesis of crosslinked CD polymer, its adsorption isotherm and distribution of pore diameter. Reprinted with permission from ref.[65]. Copyright©2016 Macmillan Publishers Limited.

    图 7  环糊精气凝胶的制备路线及实物照片[67]

    Figure 7  Synthetic approach of CD aerogels and their photo images. Reprinted with permission from ref.[67]. Copyright©2017 The Royal Society of Chemistry.

    图 8  环糊精二聚体(1), 金刚烷修饰的聚合物(2)及以二聚体为交联剂形成的超分子水凝胶(3)结构示意图

    Figure 8  Structure of CD dimmer (1), adamantane modified polymer (2), and supramolecular hydrogels (3) formed by 1 and 2.

    图 9  环糊精聚轮烷自适应识别、传统化学侧基聚合物示意图[76]

    Figure 9  Schematic illustration of adaptive recognition CD based PRs and traditional polymer with chemical modified side groups. Reprinted with permission from ref.[76]. Copyright©2013 American Chemical Society.

    图 10  TPM-Azo客体分子、GOCD主体分子以及TPM-Azo/GOCD形成的超分子纳米组装体的合成[60]

    Figure 10  Synthesis of the TPM-Azo guest, the GOCD host, and the TPM-Azo/GOCD host-guest supramolecular nanoassemblies. Reprinted with permission from ref.[60]. Copyright©2019 The Royal Society of Chemistry.

    图 11  高荧光性能环糊精接枝聚合物的细胞显影及载药应用[61]

    Figure 11  High fluorescent grafted CDP for cell imaging and drug delivery. Reprinted with permission from ref.[61]. Copyright©2019 American Chemical Society.

    图 12  环糊精交联聚合物在动脉粥样硬化中的有效和安全应用[83]

    Figure 12  CDP for effect and safe treatment of atherosclerosis. Reprinted with permission from ref.[83]. Copyright©2020 Elsevier B.V.

    图 13  一系列环糊精星型聚合物的详细制备路线示意图及其可控载药与释放应用[84]

    Figure 13  Detailed synthetic routes of a series of CD star-shaped polymer and their application for controlled drug delivery and release. Reprinted with permission from ref.[84]. Copyright©2017 Elsevier B. V.

    图 14  环糊精聚合物对有机小分子的吸附示意图[13]

    Figure 14  Schematic illustration of the absorption of small organic molecules by CDPs. Reprinted with permission from ref.[13]. Copyright©2017 Elsevier B. V.

    图 15  PR气凝胶的隔热应用展示: (A) PEG片、PS片、氧化硅气凝胶和PR气凝胶的实物和红外照片, 加热台温度100 ℃; (B)传统隔热材料示意图; (C)隔热与储能一体化示意图[47]

    Figure 15  Application of PR aerogels for thermal insulation: (A) Infrared and digital photo images of PEG plate, PS plate, silica aerogel, PR aerogel heated under 100 ℃; (B) Illustration of conventional thermal insulation materials; and (C) Illustration of the combination of PCM and aeraogel for thermal insulation and heat preservation. Reprinted with permission from ref.[47]. Copyright©2015 American Chemical Society

    图 16  聚轮烷与滑环胶结构示意图[97]

    Figure 16  Schematic diagram of PR and slide-ring gel. Reprinted with permission from ref.[97]. Copyright©2014 The authors and Journal of Applied Polymer Science Published by Wiley Periodicals, Inc.

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  • 发布日期:  2020-03-15
  • 收稿日期:  2020-01-08
  • 网络出版日期:  2020-02-26
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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