文章重要内容

      北京化工大学俞丙然教授和徐福建教授团队对高性能可降解阳离子聚合物的构建策略及其生物应用进行了综述。文章基于三种构建高性能可降解阳离子聚合物的方法——“一锅法”多胺基多环氧的开环反应、NCA开环聚合和双硫交换反应构建高性能可降解阳离子聚合物进行了系统性总结，对其构建方法、构建策略优势、聚合物性能提升等方面进行了介绍，并概述了高性能可降解阳离子聚合物在核酸递送、抗菌、药物递送等领域的应用。

文章背景

       阳离子聚合物因其独特的正电特性而备受关注，近些年在生物领域的应用越来越广泛。在基因治疗方面，阳离子聚合物可以通过静电作用同治疗基因结合，协助治疗基因进入细胞并释放，实现有效递送；在药物递送方面，阳离子聚合物可以通过化学键修饰、自组装、静电相互作用等多种方式负载药物，递送其进入靶细胞，发挥药物的功能以达到治疗疾病的效果；在抗菌方面，阳离子聚合物可以通过静电作用与带负电的细菌或真菌细胞膜发生强相互作用，扰动并破坏细胞膜进而杀死细菌或真菌。然而常见的阳离子聚合物制备方法，如原子转移自由基聚合、可逆加成断裂链转移聚合、迈克尔加成反应等，存在聚合物主体的C―C 键主链不可完全降解、易发生副反应等问题，限制了阳离子聚合物的应用，因而需要研究探索新的构建方法，以扩展阳离子聚合物在生物领域的应用范围。开环反应是获得阳离子聚合物的方法之一，可以引入酯基、硫酯基、双硫键等可降解基团，使阳离子聚合物具有更好的可降解性能及生物安全性能。因此基于开环反应可以构建高性能可降解阳离子聚合物，扩展其生物应用。

文章概述

本篇综述主要总结介绍了三种基于开环反应构建高性能可降解阳离子聚合物的策略，包括“一锅法”多胺基多环氧的开环反应、N-羧基环内酸酐 (NCA) 开环聚合和双硫交换反应。

“一锅法”多胺基多环氧开环反应合成了系列支化阳离子聚合物，通过向反应单体中引入二硫键、正交酯基团等响应基团，可制备出对还原性或酸性刺激敏感的可降解支化阳离子聚合物；此外支化可降解阳离子结构灵活，易于修饰，可进一步按需引入各类功能基团或靶向基团，提高性能。简易的合成方法、优异的生物性能让可降解支化阳离子聚合物成为非常有前景的核酸递送载体和抗菌材料。

NCA开环聚合反应可控，可规模化生产可降解的聚氨基酸类材料。聚氨基酸类材料化学结构多样、有理想的生物降解性能、较低的细胞毒性，被广泛应用于基因递送、药物运输、抗菌、生物成像等众多领域。然而NCA聚合反应速度慢，反应条件严苛，极大地限制了聚氨基酸类材料的制备和应用研究，解决这些核心问题是扩大NCA开环聚合应用的关键。

双硫交换反应可在温和的反应条件下实现快速聚合，且聚合物结构可控，是研究的热门方向。生成的聚二硫化物易于修饰，被广泛用于生物大分子药物载体。

上述基于开环反应的高性能可降解阳离子聚合构建策略，启发研究人员灵活选择制备方法，设计和开发出更多可降解高性能阳离子聚合物，以满足生物医学的不同需求。

图1 高性能可降解阳离子聚合物的构建及其应用

上述工作即将以综述形式在《高分子学报》2025年第2期印刷出版，通信联系人为北京化工大学俞丙然教授和徐福建教授。

赵亚琪, 孙玉洁, 俞丙然, 徐福建. 基于开环反应构建高性能可降解阳离子聚合物及其生物应用.高分子学报, 2025, 56(2), 200-214Zhao, Y. Q.; Sun, Y. J.; Yu, B. R.; Xu, F. J.High-performance degradable cationic polymers based onring-opening reactions and their biological applications.  Acta Polymerica Sinica, 2025, 56(2), 200-214doi:  10.11777/j.issn1000-3304.2024.24242CSTR: 32057.14.GFZXB.2024.7318