基于click 化學合成生物可降解聚酯基液晶材料

楊靜（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州510000）

0 引言

液晶在開發以來受到制造業的廣泛關注，作為介于各向同性液體和各向異性晶體之間的有序流體，其作為“第四態”物質是典型的介晶相。因液晶的特殊狀態與特殊性質，使其不僅具有連續性還具有一定流動性，同時還具有光學各向異性以及分子有序性[1]。

1 液晶生物材料

對眾多生物分子體內結構分析研究能夠發現，生物體分子在分子結構水平上通過分子的有序排列組合最終構成生物體的細胞，細胞的有序排列形成生物體分子的組織及器官。以細胞膜、蛋白質、碳水化合物、視網膜、肌肉等為代表的組織、器官甚至物質，其均是由大分子在生物體系水溶液中進行有序排列，最終在生物體中形成液晶態。對于生命體和人體而言，生物大分子的有序化是保證生命的關鍵因素之一，生物大分子有序排列的液晶態也是保障生物體新陳代謝、肌體生長發育的重要因素[2]。

越來越多的研究針對生物結構和液晶態之間的關系進行了大量研究，并且眾多研究成果均指出液晶態對生物學的重要意義。最早在上世紀50年代N eedham對肌球蛋白的研究中發現，肌球蛋白不僅呈現液晶六角相排列，而且具有典型的光學各向異性；對神經細胞進行研究也發現其具有典型液晶性質，而且呈現出弱雙折射性特征，研究中還發現以液晶態獨特的偏光特性存在于神經細胞的髓磷脂溶液中。N eedham 在對動物視桿細胞的研究中發現，視桿細胞下陷形成的視片層呈現成層排列的狀態，屬于典型的液晶態。在對哺乳動物發育過程的研究發現，脂節軸索的產生與發育和液晶相變具有類似性，呈現一定的幾何拓撲聯系。生物學家在對生物膜的研究中提出了流體鑲嵌模型，模型中膜糖蛋白作為溶致液晶結構浸泡于二維脂類雙親分子液體膜當中。在已有針對生物膜及生物體的研究中還發現，正常生物生理狀態下，生物膜中的多糖、脂類以及蛋白質和核酸等生物大分子中含有極性分子能夠形成氫鍵，這導致大分子物質能以扁平狀或棒狀的狀態存在于溶液當中，實際就是典型的液晶態。在眾多研究中指出，以生物膜脂質結構為代表的生物體結構中的分子和結構以液晶有序的方式和狀態存在。研究液晶態生物材料及其在生物體內的生物學性能，對指導生物材料的開發具有重要意義。

生物可降解聚酯類合成高分子材料，如聚乳酸、聚羥基乙酸、聚ε-己內酯及其共聚物，除了具備一定的生物相容性和生物可降解性以及降解產物無毒的優點，還具有良好的力學和加工性能，以及結構與性能的可調控性，已成為生物醫學領域最重要的生物材料之一，被廣泛應用于組織工程、緩控釋藥物載體、骨修復材料等領域。但單純的生物可降解聚酯因其表面缺乏可特異性與蛋白、細胞相互作用的功能化基團，以及較強的疏水性，材料的生物相容性并不理想。圍繞人工合成材料生物相容性差這一固有問題，學術界普遍認為應對其表面進行必要的生物學修飾[3]。但生物可降解聚酯分子骨架中缺乏可反應性位點，這對對其進行改性修飾尤其是從分子水平進行修飾提出了難題。

2 Click化學

“Click”化學作為革新傳統有機化學的又一新型合成技術，又稱點擊化學或者點擊合成。“Click”化學是對反應的形象描述，認為點擊化學和反應就像點擊鼠標一樣簡單、高效，對“Click”化學和點擊合成的特點進行總結，主要集中在以下幾點：（1）“Click”化學反應過程中對氧氣和水的敏感度較低，反應條件相對溫和；（2）“Click”反應的反應原料比較容易獲取，且簡單的反應條件也比較容易獲得控制；（3）“Click”反應過程和反應后處理不需要使用和處理溶劑，在使用溶劑的時候也一般采用易揮發及易除去的溶劑；（4）“Click”反應后得到的產物后處理簡單且容易分離；（5）“Click”反應得到的產物具有性質相對穩定的典型特征。對“Click”反應應用最成熟的典型代表是2001 年諾貝爾獎獲得者Sharpless，采用Cu(Ⅰ)催化炔基與疊氮基反應，最終以1，3-雙偶極Huisgen 環加成反應生成單一反式三氮唑[4]。

3 click 化學在生物可降解聚酯基液晶材料中的具體應用

“Click”化學及反應自被提出以來科學家應用中發現其具有典型特征，包括高選擇性，反應條件、反應原料耐受性以及產物高產率性，因其這些典型特征及優點已經成為材料合成及新材料研發的重要工具[5]，并逐漸被應用到生物可降解聚酯材料的改性修飾等方面。如Krouit等[6]利用“click”化學，通過炔基功能化纖維素與端疊氮基的聚己內酯發生化學反應制備了纖維素-聚己內酯接枝共聚物。董常明等[7]以單端炔基化扇形結構的聚己內酯與單或雙端疊氮基化線形結構的聚乙二醇通過“click”化學制備了一種非線性結構的聚己內酯-block-聚乙二醇共聚物，為制備非線型結構的可降解雙親性生物醫用高分子提供了一種簡單而有效的途徑。Jerome等[8]提出由α-氯代己內酯的開環聚合和疊氮化反應，制備線形主鏈疊氮化聚己內酯，再經過“click”化學，得到聚己內酯-聚乙二醇兩親性接枝共聚物。這一研究由于設計在己內酯單體上引入反應位點，從而實現了對生物可降解聚酯分子骨架進行反應位點的修飾。

4 結語

在生物可降解聚酯分子中引入反應位點僅僅是為了賦予生物可降解聚酯可再次生物學修飾的能力，而如何更好地利用引入的反應位點，真正提高材料的生物相容性并賦予其生物活性，則是對這類材料進行改性修飾的真正目的，也是更好地應用這類材料的前提。