分享一篇近期发表在上Angew. Chem. Int. Ed.的文章，Photoinduced Ring-Opening Polymerization of N-Carboxyanhydrides for the Preparation of Cross-Linked Polypeptide Gels。这篇文章的通讯作者是斯洛文尼亚国家化学研究所的Petra Utroša。

    近年来，光聚合技术因具有快速响应、低能耗以及高时空分辨率等优势，在先进材料制备中展现出巨大潜力。然而，光引发自由基聚合产物通常降解性较差，限制了其在增材制造等领域中的应用范围。相比之下，聚氨基酸具有良好的生物相容性、可降解性与结构多样性，在组织工程、药物递送等领域都备受关注。N-羧基内酸酐（NCA）的开环聚合（ROP）是简单高效的聚氨基酸制备途径，但是NCA的光诱导ROP尚未被广泛研究。本文中，作者以2-硝基苄基胺基甲酸酯作为光笼碱（photocaged base, PB），实现了γ-苄基-_L-谷氨酸NCA（BLG-NCA）与_L-同型胱氨酸NCA（HCys-NCA）的共聚，从而制备交联聚氨基酸凝胶。

    光诱导聚合的关键优势在于空间与时间上的反应可控性，而为抑制较高NCA浓度（1.0 M）下可能发生的副反应，作者在反应体系中加入0.5 mol%三氟乙酸（TFA）来提高反应体系的可控性。如图1所示，作者首先研究了两种光笼碱PB-DBA和PB-TMG，在365 nm光照射下分别会释放二丁基胺（DBA）和1,1,3,3-四甲基胍（TMG）。结果表明，PB-DBA不会引发BLG-NCA聚合，但是PB-TMG即使经过仔细纯化也会引发BLG-NCA缓慢聚合，这归因于PB-TMG本身具有较高的碱性。

图1. 光诱导开环共聚合反应示意图

    随后，作者进一步研究了BLG-NCA的光诱导聚合。¹H NMR结果表明，365 nm光照射10 min后，PB-DBA的转化率约为42%，而置于黑暗条件后，光笼碱则不再分解（图2b）。以PB-DBA为光催化剂，¹H NMR和FTIR结果表明，BLG-NCA的单体转化率达到80%（图2a,c）。

图2. 光诱导聚合表征结果

    作为对照，作者研究了相同浓度下游离DBA作为引发剂与PB-DBA的差异。结果表明，光诱导聚合与DBA直接引发的反应动力学相似，转化率达到100%后所得产物的重均分子量与分散度也相当，表明PB-DBA在光诱导聚合过程中未产生其他副反应（图3a）。进一步研究表明，BLG-NCA的聚合速率随PB-DBA起始浓度与照射光强递增（图3b,c）。

图3. 聚合动力学结果

    为制备聚氨基酸凝胶，作者以HCys-NCA为交联剂研究了其与BLG-NCA的共聚反应。时变动态振荡流变测试结果表明，紫外线介导下聚（γ-苄基-_L-谷氨酸-co-_L-同型胱氨酸）（P(BLG-co-HCys)）的凝胶点为14 min，而游离DBA引发的凝胶点为4 min，与两种情况下BLG-NCA的动力学差异相符（图4a）。此外，PB-DBA光诱导聚合与游离DBA直接引发聚合所得凝胶表现出相似的机械性能，压缩模量分别为150±20 kPa和200±30 kPa（图4b）。

图4. 光聚合聚氨基酸凝胶的相关表征

    最后，作者通过光掩模实验研究了光诱导聚合的空间可控性。如图5所示，约0.8 mm厚的反应液（含BLG-NCA, HCys NCA, 3.0 mol % PB-DBA和0.5 % TFA）仅有特定区域可被紫外光照射，12 min后只有被照射区域呈黄色凝胶状，而未被照射区域仍为液态。此外，与未加TFA的体系相比，添加TFA的反应体系具有更显著的空间差异性，这可能归因于TFA能够抑制光照区域产生的DBA、NCA阴离子以及胺基末端等活性物种扩散至未光照区域。基于该方法，作者成功制备了特征分辨良好的星形凝胶。

图5. PB-DBA光诱导聚合的空间可控性

    总的来说，作者报道了一种新型NCA光诱导ROP方法，以PB-DBA为光笼碱，在365 nm光照射下可以实现BLG-NCA与HCys-NCA在特定区域共聚且凝胶化。此外，作者还通过加入TFA抑制未光照区域可能产生的副反应，使得该方法具有优异的空间可控性，能够制备分辨良好的二维聚氨基酸凝胶。

作者：QJC

DOI: 10.1002/anie.202521891

Link: https://doi.org/10.1002/anie.202521891