刺激响应性水凝胶能对外界环境的刺激产生变化,改变其化学或物理结构,最后产生可调节的凝胶-溶胶等体积相转变或其他凝胶性质的转变。这些转变可进一步延伸为刺激响应性形状记忆、药物控释等多方面的应用。聚组氨酸凭借其接近身体环境的pKa成为一种重要的生物相容pH响应聚合物。加之聚组氨酸本身具备的金属配位的能力,使得简化其本身的合成方法和将其引入到响应性水凝胶的制备中具有相当的意义。这些利用聚组氨酸的配位作用形成的水凝胶,因为配位作用本身的动态可交换性使得水凝胶本身具有自修复性质,因为聚合物本身的pKa使得凝胶具有pH乃至其他方面的响应性,同样通过聚组氨酸形成的多价配位作用使得这种水凝胶克服部分动态水凝胶在水环境中不稳定的问题。本论文主要将聚组氨酸引入到响应性水凝胶的制备中,利用其多价配位的特点在保留响应性的同时,保证了凝胶的稳定性,并研究了其在响应性药物释放方面的应用。具体包括如下三个方面:1.发展一种新型简便的制备聚组氨酸的活性聚合方法,所合成的单体前驱体可以高产率得到,且较之传统方法操作简单、要求降低、便于储藏。通过这种方法,制备末端为聚组氨酸嵌段的四臂星型亲水聚合物。利用这种星型聚合物聚组氨酸嵌段间与Ni2+的配位作用,将聚组氨酸引入到金属配位水凝胶领域。因为形成配位结构的可交换性,凝胶天然具备自修复的性能。而聚组氨酸间的多价配位更是给予凝胶在中性缓冲溶液中的稳定性。凭借聚组氨酸上配位氮原子的弱酸环境中的质子化能力,该凝胶具备生理相关弱酸pH下的凝胶-溶胶转变。反向进行上面的转变,辅以快速成胶的能力,使得体系具备中性缓冲溶液中的可注射的能力。这种含有聚组氨酸的金属配位水凝胶因为具备的多种功能,在药物控释方面有着潜在的应用。2.根据His-tag化学中聚组氨酸通过金属和螯合配体IDA形成的配位结构,将合成聚组氨酸和IDA引入到金属配位水凝胶的构建中,实现对力学性质和动态性质的可控调节。将聚组氨酸和亚氨基二乙酸分子(IDA)分别修饰/聚合在聚乙二醇(PEG)两端和寡聚壳聚糖的侧基上,通过两种配体聚合物之间的配位作用形成水凝胶。通过改变凝胶组分中聚组氨酸和IDA基团的比例,可以调节配位结构以及其多价性,实现了对凝胶力学强度和弛豫时间的调控。同时构建相反构造的配位水凝胶以作为对比,即把聚组氨酸和IDA分别修饰/接枝到寡聚壳聚糖的侧链和PEG两端上,形成了一种不能形成多价性的对比凝胶。发现该凝胶在进行与之前凝胶聚组氨酸和IDA基团比例相同变化的情况下,展现了相反的力学强度和弛豫时间的变化趋势,进一步验证多价配位对配位结构稳定性的影响。经溶胀实验发现,所制备的一系列凝胶,只有有多价配位的弛豫时间长的凝胶才能在中性缓冲溶液中的保持稳定。而这些稳定的凝胶依旧保有聚组氨酸的对于弱酸性pH的响应能力,可以在生理相关弱酸pH环境中溶解或者实现凝胶溶胶转变。运用这pH响应的稳定多价配位水凝胶,进行了模型含His-tag分子的pH响应性释放。实现了中性条件下较低程度的包埋分子泄漏和弱酸条件下灵敏的凝胶降解以及包埋分子释放。这些均显示出该种中性条件稳定,而弱酸性条件响应的金属配位水凝胶在药物控释领域的潜在应用前景。3.将商业化温敏三嵌段聚合物F127(PEO100-PP065-PEO100)引入到之前所用的聚组氨酸-IDA结构形成的Ni2+配位水凝胶中,构建pH/温度双响应水凝胶。将Ni2+离子的螯合配体IDA修饰在F127两端,得到温敏可聚集的IDA配体。将其同两端为聚组氨酸嵌段的PEG三嵌段聚合物和Ni2+离子混合,调节体系条件至中性室温,得到金属配位水凝胶,该凝胶依旧具备先前体系中弱酸性pH响应。由于温敏导致的IDA-Ni2+的聚集,配位结构由原先的单价配位转变为多价配位,增强凝胶强度的同时,逆趋势的增加凝胶的弛豫时间及稳定性,实现了常温弱凝胶的温敏性增强。利用上述的温敏性,该凝胶具备低温剪切变稀的可注射性,简化了实现可注射的条件,减少对身体的影响。该体系实现了 pH/温度的双响应,利用其温敏可注射的性能,有望在响应性药物释放水凝胶等领域有潜在的应用。