Wavelength-Selective Coupling and Decoupling of Polymer Chains via Reversible [2 + 2] Photocycloaddition of Styrylpyrene for Construction of Cytocompatible Photodynamic Hydrogels

自愈水凝胶 聚合物 材料科学 乙二醇 环加成 生物材料 化学工程 高分子化学 光化学 纳米技术 化学 有机化学 工程类 催化作用
作者
Vinh X. Truong,Fanyi Li,Francesca Ercole,John S. Forsythe
出处
期刊:ACS Macro Letters [American Chemical Society]
卷期号:7 (4): 464-469 被引量:128
标识
DOI:10.1021/acsmacrolett.8b00099
摘要

Reversible photocycloaddition reactions have previously been employed in chemical cross-linking for the preparation of biomaterial scaffolds. However, the processes require activation by high-energy UV light, rendering them unsuitable for modification in biological environments. Here we demonstrate that the [2 + 2] photocycloaddition of styrylpyrene can be activated by visible light at λ = 400-500 nm, enabling rapid and effective conjugation and cross-linking of poly(ethylene glycol) (PEG) in water and under mild irradiation conditions (I = 20 mW cm-2). Notably, the reversion of the cycloaddition can be triggered by low-energy UV light at λ = 340 nm, which allows for efficient cleavage of the dimer adduct. Using this wavelength-gated reversible photochemical reaction we are able to prepare PEG hydrogels and modulate their mechanical properties in a bidirectional manner. We also demonstrate healing of the fractured hydrogel by external light triggers. Furthermore, we show that human mesenchymal stem cells can be encapsulated within the gels with high viability post encapsulation. This photochemical approach is therefore anticipated to be highly useful in studies of cell mechanotransduction, with relevance to disease progression and tissue regeneration.
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