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水凝胶在生物和医药材料等领域有重要的潜在应用价值。尽管经过了多年的研究,水凝胶目前仍存在成胶材料制备繁琐或昂贵、生物相容性差、响应速率慢、再修饰性差、可注射性差等许多短板,极大限制了该类材料的发展和应用。纤维状病毒Y21M因其良好的生物相容性、化学可修饰性以及一维的纳米级结构,是构成水凝胶骨架的理想材料。本文通过对该病毒进行适当的化学改性,制备了具有温度敏感性的复合病毒水凝胶。
本文将端基功能化的温敏性聚合物PNIPAM修饰到Y21M病毒表面,得到复合病毒Y21M-PNIPAM。然后用苯硼酸衍生物DDPCP对复合病毒进行再修饰,得到能够可逆进行溶胶-凝胶转变的复合病毒颗粒Y21M-PNIPAM-PBA。当温度升高至PNIPAM的LCST以上时,PNIPAM疏水塌缩使病毒溶液发生凝胶化;当温度降低,体系又从凝胶状转变成溶液状。采用原子力显微镜、折光指数增量法和X射线光电子能谱等手段表征了接枝和化学修饰后的复合病毒颗粒。AFM观察表明修饰前后的Y21M病毒形貌未发生明显变化,仍然保持半刚性的棒状结构。折光指数增量法得出每个病毒表面约接枝上200个聚合物分子。X射线光电子能谱明确显示了病毒复合颗粒表面被修饰上了苯硼酸衍生物。
通过冷冻电镜Cryo-SEM和Cryo-TEM,观察到复合病毒水凝胶的原位三维网络结构,并发现环境离子强度能够改变水凝胶中病毒骨架的空间排布方式,即在低离子强度时病毒粒子趋于正交排列,而高离子强度时病毒粒子趋于平行排列。复合病毒溶液能够迅速成胶,且具有可注射性,这一性质使得复合病毒水凝胶在生物医药材料领域有着很好的潜在应用。利用ARS荧光探针,证明了病毒水凝胶的可再修饰性以及成胶后病毒表面功能基团的可达性。当环境pH在苯硼酸pKa附近时,体系具有较好的葡萄糖响应,这一性质为复合病毒水凝胶做为胰岛素缓释智能材料提供了重要的应用前提。