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『最新思路』来自D-木糖的糖基聚合物:活性级联聚合,可调节降解和小分子释放

已有 1072 次阅读 2021-2-1 10:31 |个人分类:生物基|系统分类:科普集锦

 

随着新型可降解聚合物在各个行业的应用潜力日益显现,开发新型可降解聚合物已成为一个重要课题。赋予聚合物可降解性的一种常见策略是将可降解键结合到聚合物主链中。无环二烯复分解聚合(ADMET)聚合已被用于制备可降解聚合物,其中含有热敏或可水解的酯和磺酸盐、酸敏缩醛和酶解偶氮苯。开环复分解聚合(ROMP)已被用于通过单体的共聚制备各种部分可降解聚合物,所述单体包含酸敏感缩醛、缩酮、磷酸酯和硅醚、碱敏感酯和氧化还原/硫敏感二硫化物。在许多情况下,可降解单体的含量受到限制,因为它们在较高的掺入比下聚合性能较差。只有少数单体,含有对pH敏感的烯醇醚,或半胺基醚基键,已成功共聚,以获得完全可降解的ROMP聚合物。值得注意的是,已经制备了其他含有可降解键的复分解聚合物,但尚未探讨其降解性。

 

可降解的生物基聚合物为化学回收提供了选择,它们可以成为存储和释放有用分子的工具。科学家已经开发出一类糖基聚合物,这些聚合物可通过酸水解降解。研究人员还在聚合物中整合了“货物”分子,这些分子被设计成在聚合物降解后分裂。这项研究发表在《Angewandte Chemie》杂志上,可降解的载货聚合物对于医疗和传感器应用非常重要,例如特效药物的释放。

 

大多数塑料会抵抗自然降解过程。因此,越来越多的塑料污染了环境,导致人们呼吁使用可降解塑料。此类材料可以经过化学循环过程,其中化学反应会破坏聚合物化学键。工业上回收单体,然后将其重新聚合,也可以收集所得的小分子,作为进一步反应的有用组成部分。但是,可降解聚合物需要更精细的聚合物设计,聚合物单体之间的化学键应对化学或酶处理敏感,当然可持续聚合物应由生物基原料制成。

 

韩国首尔国立大学的Tae-Lim Choi教授及其同事找到了一种从木糖基单体生产高质量聚合物的方法,木糖是来自于植物的细胞壁。他们使用的方法涉及木糖基单体的制备,包括连接基团的连接,并使单体在称为级联复分解聚合的聚合过程中反应。

 

为了测试这种塑料是否可降解,研究人员用盐酸处理了木糖基聚合物,这是化学回收程序中常见的一种处理方法。研究人员发现可降解性取决于连接类型,如果聚合物包含由碳原子构成的键,则该聚合物抵抗水解,但是由氮或氧原子形成的键可以立即降解

 

具有氮基键的聚合物产生了称为吡咯的化合物,而由氧制得的化合物则产生呋喃。吡咯和呋喃都是丰富的天然化合物。但是,研究人员建议谨慎:“已知呋喃衍生物具有广泛的生物活性,在确定这些聚合物材料的应用时应考虑到这一点。”

 

在嵌段共聚物中,较短聚合物链的不同“嵌段”相互连接。因此,嵌段共聚物具有源自单个嵌段的性质。由于可以用嵌段共聚物制备许多功能材料,作者测试了含不可降解键的木糖基嵌段共聚物是否也会通过酸处理而分解。结果显示他们做到了,报告中显示说:24小时后,含碳键的嵌段也几乎完全降解为小分子,只剩下少量的低聚物。”

 

研究人员还整合了聚合物中的小报告分子。含氧键聚合物的酸水解产生呋喃衍生物,随后释放对硝基苯酚作为报告分子。“这类货物易于量化释放。然而,它可以被其他化合物取代,这些化合物在释放后发挥不同的功能,Tae-Lim Choi教授解释道。

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可降解糖基聚合物可以储存和释放有用的分子物质

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Tae-Lim Choi教授

 

Tae-Lim Choi教授任职于韩国首尔国立大学,他的实验室主要研究开发新的聚合方法并将其应用到新的纳米结构中。

 




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