化学家用咖啡因制造柔性聚合物凝胶

麻省理工学院和布里格姆妇女医院的研究人员已经设计出一种新方法，可以使用咖啡因作为催化剂来制造柔性聚合物凝胶。由研究人员礼貌

咖啡因以其帮助人们保持警觉的能力而闻名，但是麻省理工学院和百灵医院的一组研究人员现在已经为这种化学兴奋剂提出了一种新颖的用途-催化聚合物材料的形成。

研究人员使用咖啡因作为催化剂，设计出了一种方法，可以制造出胶粘的，生物相容性的凝胶，该凝胶可用于药物输送和其他医学应用。

“大多数用于合成和交联聚合物凝胶和其他材料的合成方法都使用会损坏敏感物质（例如生物药物）的催化剂或条件。相比之下，这里我们使用了绿色化学物质和常见食品成分。”麻省理工学院戴维·H·科赫研究所教授，该研究的资深作者之一罗伯特·兰格说。“我们相信这些新材料可能有助于创建新的医疗设备和药物输送系统。”

在发表在《生物材料》杂志上的论文中，研究人员证明了他们可以在凝胶上装载两种抗疟药，并且他们希望这种材料也可以用于携带其他类型的药物。研究人员说，这种物质携带的药物可能是可咀嚼的或容易吞咽的。

麻省理工学院科赫综合癌症研究所的研究附属机构，布莱根妇女医院的胃肠病学家和生物医学工程师乔瓦尼·特拉沃索说：“这确实吸引吞咽胶囊和片剂的患者人群，尤其是儿童，”也是该论文的高级作者。

该论文的主要作者是前麻省理工学院的博士后安吉拉·迪西乔（Angela DiCiccio），他现在是谷歌X的生命科学之职Verily Life Sciences。

咖啡因激增

制备聚合物凝胶通常需要金属催化剂，如果在凝胶形成后任何催化剂残留在材料中，则这可能是危险的。麻省理工学院的研究小组希望找到一种新的方法来制造凝胶，该催化剂使用的催化剂和原料是基于食品和其他可安全摄入的原料的。

Traverso说：“我们的目标是尝试从一开始就简化制造方法，并通过使用可能更安全的催化剂来改善安全性。”

尽管咖啡因以前从未用于化学合成，但它引起了研究人员的注意，因为它是植物来源的并且可以充当弱碱，这意味着它可以轻柔地从其他分子中去除质子。它也具有与其他一些有机弱碱相似的结构，这些弱碱已被用来催化形成这些凝胶所需的化学反应类型-形成酯键以形成聚酯。

DiCiccio说：“聚酯允许有意设计由生物来源的资源制成的可吸收材料。”“但是，没有任何一种催化剂足够温和，可以将这些分子束缚在一起，而不会引起不需要的反应或需要超高的热量。我们的新平台使用廉价的材料和广泛使用的化学物质，为解决该问题提供了一种优雅的解决方案。”

研究人员决定使用咖啡因来诱导柠檬酸（一种植物产生的另一种可食用材料）与聚乙二醇（PEG）形成聚合物网络，聚乙二醇（PEG）是一种生物相容性聚合物，已在药物和消费品（如牙膏）中使用了数十年。

当与柠檬酸和PEG混合并稍加加热时，咖啡因会在PEG中打开一个含氧环，使其与柠檬酸反应形成由PEG和柠檬酸交替分子组成的链。如果混合物中存在药物分子，它们也将并入链中。

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研究人员表明，他们可以在这些聚合物中装载两种疟疾药物青蒿琥酯和哌喹。他们还可以通过改变凝胶的组成来改变凝胶的化学和机械性能。他们创造了含有PEG或另一种称为聚丙二醇的聚合物的凝胶，以及一些以不同比例结合这两种聚合物的凝胶。这样一来，他们可以控制材料的强度，表面结构和药物释放速率等特性。

Traverso说：“取决于应用的范围或掺入的药物，您可以混合搭配以找到最佳的混合物。”

凝胶还可以印有图案，例如在荷叶表面上发现的微型建筑，可以使它们排斥水。改变材料的表面特性可以帮助研究人员控制凝胶在消化道中移动的速度。

所得的凝胶中含有少量咖啡因，与一杯茶中的咖啡因含量大致相同。在初步的安全测试中，研究人员发现对四种类型的人类细胞或大鼠均无有害影响。

该研究由比尔和梅琳达·盖茨基金会，美国国立卫生研究院和亚历山大·冯·洪堡基金会资助。该论文的其他麻省理工学院作者包括Young-Ah Lucy Lee，Dean Glettig，Elizabeth Elizabeth Walton，Eva de La Serna，Veronica Montgomery和Tyler Grant。

出版物：Angela M.DiCiccio等，“咖啡因催化的凝胶”，生物材料，2018年； doi：10.1016 / j.biomaterials.2018.04.010