分享一篇发表在Angew. Chem. Int. Ed.上的文章，题为：Dual-Responsive Material Based on Catechol-Modified Self-Immolative Poly(Disulfide) Backbones。本文的通讯作者是来自丹麦奥尔胡斯大学的H. Birkedal教授和K. Daasbjerg教授。

多响应凝胶是一类极具吸引力的材料，被广泛应用于药物递送、驱动、和传感等领域。这种材料由两个基本成分组成，聚合物骨架和交联剂。近年来，研究人员们开发出了多种多样的响应性材料，但大多数都只是交联剂对环境的响应，凝胶在解散后仍保留了完整的聚合物骨架。然而，在很多情况下，需要凝胶在响应后能够完全降解到小分子，因此，自降解材料就应运而生了。自降解材料(SIPs)是一类独特的刺激响应性聚合物，具有可控、端到端按需解聚的特点。目前已有许多应用的实例，比如聚(碳酸苄酯)可以用于传感器，聚(苯醚)可用于可逆黏附、塑料回收和抗菌，聚乙醛酸盐可以用作可降解包装袋，以及聚(二硫苏糖醇)作为可降解塑料，能够完全降解为水溶性的小分子。

本文作者就利用了聚(二硫苏糖醇)作为自降解聚合物的骨架，通过侧基修饰邻苯二酚的策略制备了一种双响应性凝胶(pDTT-Cat)。针对SIP骨架，作者选用了吡啶封端的聚二硫苏糖醇，即pDTT。这种材料很容易通过简单的固态合成实现克级规模的制备，不需要严格的干燥和惰性条件。此外，pDTT的骨架含有羟基，易于进一步功能化(图1a)。另一个突出的特点就是它能够响应外部刺激进行完全解聚，例如在添加二硫苏糖醇 (DTT)后，它可以通过巯基-二硫键交换来解除封端，并不断解聚回水溶性小分子(图1b)。至于交联策略的选择，作者发现儿茶酚可以通过氢键、π-π堆积或金属离子螯合等方式进行交联的相互作用。当儿茶酚连接到聚合物骨架上时，与金属离子的络合会导致交联，从而形成 pH 响应凝胶，并且儿茶酚-金属键的动态键交换性质，使得凝胶具有较好的自愈能力。

图1. a) 儿茶酚修饰的pDTT骨架。b) DTT引发自降解机理。

作者对pDTT-Cat的成胶条件进行了探究。作者首先将pDTT-Cat₂₀(儿茶酚含量为20%)溶解在罗丹明6G的甲醇溶液中，然后加入Al³⁺离子溶液以产生单儿茶酚-Al³⁺复合物，从而形成加载染料的水凝胶(图2a)。由于儿茶酚与Al³⁺的复合依赖于pH 值，在酸性、中性和碱性 pH 值下会分别形成单、双和三复合物。因此，为了进一步诱导交联，作者向体系中添加了NaOH水溶液，当pH值升高时，生成的三儿茶酚- Al³⁺复合物可以使体系瞬间凝胶化(图2b)。

紧接着，作者通过两种不同的策略来降解凝胶，图2c&d显示了不同刺激响应策略下的降解时间，虽然无论加入DTT/Et₃N(碱)还是加酸调节pH都能使凝胶完全变为溶液，但这两种降解的时间尺度却相差很大。通过加酸破坏离子交联的方式仅需17 min就能完全降解，而加入DTT/Et₃N来催化聚合物骨架的降解却需要至少100 min。与之前报道的基于破坏二硫化物的可降解凝胶相比，这种双响应材料可以通过加酸破坏交联的方式实现更快的响应速度，然后再进行完全的降解。

图2. a) 单Cat-Al³⁺复合物；b) 碱性条件下三Cat-Al³⁺复合物；c) 加DTT/base破坏聚合物骨架进行降解；d) 加酸破坏交联进行降解。

图3结果显示，两种刺激响应形式都能顺利释放染料分子，释放基本上在一小时内完成，因此有作为药物载体的潜能。然而，这两种刺激响应形式尽管在宏观凝胶降解上有较大的不同，但在分子释放的层面上却没有太大的差别，这可能是因为水凝胶破裂释放出给定分子的过程不仅仅涉及到响应行为本身，还与小分子的扩散和聚合物链构象的变化等相关。尽管如此，以此作为凝胶双重响应性的概念验证来说仍是具有一定意义的。

图3. 染料释放速率。

综上所述，作者设计了一种双响应性的自降解聚合物，通过修饰在聚(二硫苏糖醇)上的儿茶酚与Al³⁺ 络合来形成凝胶。这种凝胶对DTT和pH都能响应，赋予了自降解材料刺激响应性与多功能性。

作者: HYH    审校: LCY

Asger Holm Agergaard…Henrik Birkedal*, Kim Daasbjerg* Angew.Chem. Int.Ed. 2021, 60, 21543–21549 

Link: https://doi.org/10.1002/anie.202108698