近日，同济大学化学科学与工程学院王启刚教授在国际top期刊《Advanced Materials》( IF=21.950 )发表综述：氧化还原酶诱导自由基聚合成胶的研究进展。
由于独特的三维贯穿网络结构及可调的物理化学性质，水凝胶材料广泛应用于组织工程、药物传输、环境治污、离子电解质、化妆品以及食品工业。而利用新颖、环保、高效的氧化还原酶引发自由基聚合方法设计、制备水凝胶材料日益受到关注。该综述系统地介绍了酶诱导聚合水凝胶材料的最新进展，包括氧化还原酶诱导自由基聚合的机制及其引发宏观水凝胶、微/纳米凝胶体系的制备。其中对新型的界面诱导-酶促聚合杂化微/纳米凝胶的初步进展也进行了讨论。最后，基于酶促聚合水凝胶体系优良的生物安全性、可调的机械性能、响应性和3D可打印性能，总结了其在组织工程、生物成像及治疗中的生物学应用研究（如图1所示）（Nature Communications, 2018, 1705668, DOI: 10.1002/adma.201705668）。
图1.氧化还原酶诱导自由基聚合制备微/纳米凝胶的机制、成型方法及其生物学应用研究。
首先综述首次从厌氧和需氧型氧化还原酶催化聚合机制出发，探讨了目前研究中集中的双氧水依赖的过氧化物酶（H2O2-dependent peroxidase）、氧气依赖的氧化酶和串联酶体系（O2-dependant oxidases and the cascade enzymes system）（漆酶、葡萄糖氧化酶基的Bio-Fenton反应、葡萄糖氧化酶基的串联酶催化体系（图2））、厌氧型酶催化体系（Polymerization System at Anaerobic Condition）（葡萄糖氧化酶体系、酶诱导ATRP体系、酶控RAFT体系）以及本课题组新开发的类过氧化物酶的纳米酶体系（Peroxidase-Like Nanozymes System）诱导酶催化聚合的机制和应用。
图2.葡萄糖氧化酶催化反应过程（a）、葡萄糖氧化酶催化的Bio-Fenton反应（b）和葡萄糖氧化酶基的串联酶催化体系（c）。
其次，对不同酶催化成胶方法制备得到宏观水凝胶材料和微/纳米凝胶材料体系的研究进行了综述。其中对本课题组开发的酶催化聚合得到的超分子-高分子复合水凝胶材料（图3）、界面诱导酶催化微纳米水凝胶材料（图4）的设计、制备及其成型工作进行了探讨和综述。
图3. GOx/Glu/NHPI（a）和GOx/Glu/HRP（b）酶催化聚合得到的超分子-高分子聚合体系的制备示意图及扫描电镜照片。
图4.酶催化诱导表/界面聚合制备微纳米凝胶材料体系：（a）HRP诱导的反微乳液聚合体系，（b）界面GOx/HRP酶诱导聚合体系和（c）表面嫁接双键引发点Laccase催化聚合体系。
最后，基于凝胶材料本身优良的生物安全性能和酶催化聚合方法的安全、高效机制，对酶催化诱导制备得到宏观凝胶体系的生物组织工程应用（生物相容性能、高强凝胶性能、响应性能设计、3D可打印的注射凝胶体系）（图5）、微纳米凝胶材料的生物成像诊断应用和疾病治疗设计进行的探讨。本文对当前酶催化聚合成胶研究的机制和进展进行了系统、全面的分析及综述，在总结进展的同时也对其未来发展方向进行了展望。
图5.酶催化诱导制备得到宏观凝胶体系的生物组织工程应用。
近年来，同济大学王启刚教授团队（功能纳米复合凝胶研究团队）一直致力于氧化还原酶调控功能凝胶的制备并开展生物医学等相关应用。当前研究主要集中在以下三个方面：
一）酶催化自由基聚合体系的开发及仿生成胶探索；
二）设计不同形貌和孔结构的凝胶支架应用于组织工程等领域；
三）构建含酶的复合凝胶实现微环境响应的肿瘤一体化诊疗
自2013年率先开发出新型的温和、快速的辣根过氧化物酶（HRP）催化自由基聚合成胶技术并成功实现了高强水凝胶材料的可控制备以来（Chem Commun2013, 49, 8033），不断探索研究更加稳定、高效的酶催化成胶体系（葡萄糖氧化酶（GOx）、漆酶（Laccase）、D-氨基酸氧化酶、纳米酶等），设计功能的酶介导自由基聚合引发和酶响应药物递送载体，得到一系列物理和化学性质可调的酶敏感性水凝胶，在生物催化（Chem-EurJ2015, 21, 12620；Nanoscale2015, 7, 16578）、药物担载（Chem Sci2014, 5, 4204；Nanoscale2016, 8, 17241）、生物成像（Biomaterials,2015, 53, 349；ACS Nano2015, 9, 5646）、组织工程（Chem Sci2016, 7, 2748）等领域展示出较大的应用优势。该团队以通讯作者发表Adv.Mater. 等高影响力论文近50篇。课题组热诚欢迎化学、材料、生命科学、医学等背景的同学加盟攻读硕士、博士及从事博士后研究。
来源：高分子科学前沿
