今天为大家推送的文献是最近发表于ACS Macro Letters的一篇文章，标题为“Constructing Thermally Reversible Dynamic Hydrogels via Catalysis-Free Knoevenagel Condensation”。本文的通讯作者是中国科学院长春应化所的肖春生副研究员。

动态共价键（DCBs）是一类可在平衡条件下可逆生成和断裂的共价键。由于其动态的特征，DCBs在水凝胶的生物医学应用上受到广泛关注，例如模仿细胞外基质，或设计可注射的凝胶。生物医学中最容易获得的刺激来源是温度。尽管已有一些热可逆的DCBs (TRDCB)被用于设计具有自修复性能或可重塑的聚合物材料，但迄今没有水凝胶的报道。这是因为大部分设计采用了Diels-Alder反应或吡唑-脲之间的反应，而该反应需要高温才可触发逆向反应，同时其结构容易水解。Knoevenagel反应（KC）是通过醛酮和活性亚甲基化合物反应形成碳碳双键的经典方法，可以在水性介质里进行。因此，作者希望将KC引入TRDCB体系中，制备热可逆动态凝胶。

首先，由于无催化剂KC反应（CKC）在水溶液中的反应特性尚未被了解，作者首先通过模型反应研究了其动力学与刺激响应特征。作者分别以苯甲醛和氰基封端的甲基聚乙二醇（mPEG-BA与mPEG-CA）作为模型化合物。两者在水溶液中以等摩尔比投料后，通过FT-IR，MALDI-TOF和¹³C NMR表征能够确认，两者通过α-氰基肉桂酸酯（CCA）键形成了产物mPEG-CCA-mPEG，并且观察到反应物和产物的共存。这说明这一反应在水溶液中是动态的。使用UV-Vis光谱监测反应动力学，发现反应物浓度的增加可促进正向反应（图1 B,C）。此外，作者研究了温度对该反应的影响，发现较高温度下到达平衡时间较短，同时平衡常数降低（图1 D）。对逆反应的进一步研究表明，分解过程是温度依赖的，在高温下分解速率加快（图1 E,F）。

图1. CKC模型反应研究

证明CKC的动态可逆特征后，作者希望用其构筑具有热响应性、热塑性且可自修复的凝胶。为此，作者将BA/CA官能团引入四臂聚乙二醇末端，构建交联网络。等摩尔比投料下，极短时间内能观察到水凝胶的生成。水凝胶的储能模量（G’）随着聚合物浓度增加而增加，并具有良好的抗剪切性能。此外，该凝胶具有良好的自修复性能，自修复效率（SHE）随着温度增加而增加（图2 D）。

图2. 本文的凝胶流变性能和自修复测试

动态共价键的引入使得这一凝胶具有良好的可注射特征。进一步，作者研究了该凝胶的热可逆性。作者发现，随着温度升高，G’降低。作者认为这是通过不同温度下CKC平衡的建立所实现的。较高浓度下，凝胶软化；而低浓度下凝胶表现出加热后凝胶-溶胶的转变。这一过程能够多次循环。上述结果证明了该凝胶的优异热可逆性。

此外，作者还通过细胞孵育实验证明了该凝胶良好的生物相容性。

综上，本文利用水溶液中的CKC，制备得到热可逆的动态凝胶，这一凝胶具有热敏、热塑与可自修复的性能，在生物医药领域，包括3D细胞培养，可注射细胞治疗等方面有广阔前景。

作者：ZZC  校稿：ZY

DOI: 10.1021/acsmacrolett.0c00330 

Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.0c00330