聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG）是一種羥基聚醚，在生物醫(yī)學(xué)和工業(yè)化學(xué)中廣泛應(yīng)用。PEG具有可調(diào)節(jié)的分子量和多種化學(xué)修飾方式，這使得PEG在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。PEG材料性能的優(yōu)良性能主要與其化學(xué)結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，本文將詳細(xì)介紹PEG的化學(xué)結(jié)構(gòu)對其材料性能的影響。

PEG的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)

PEG的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中的“n”表示PEG的分子量，也就是氧化乙烯環(huán)聚合物的數(shù)量，根據(jù)聚合物數(shù)量的不同，PEG的分子量可以從數(shù)百到數(shù)百萬Dalton不等。PEG是一種無色、透明、易溶于水的液體，具有高度的生物相容性、低毒性和生物降解性。

PEG的化學(xué)結(jié)構(gòu)

PEG的化學(xué)結(jié)構(gòu)與溶劑特性的影響

PEG的分子量和化學(xué)修飾使其具有可調(diào)節(jié)的水溶性和溶脹行為。PEG的高度水溶性使其在藥物輸送系統(tǒng)和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。PEG的分子量越大，溶解度越低，而且分子量越大，PEG在水中的凝聚力就越小。PEG的水溶性也與其積聚程度有關(guān)，PEG的分子導(dǎo)數(shù)（Molar Volume）與聚合物大小成反比。

PEG的溶解力也為PGE特有的性質(zhì)之一。PEG在水中的溶解度受到PEG與水的分子間作用力和Solvation層的影響。PEG分子與水分子之間的相互作用是通過氫鍵作用實現(xiàn)的。PEG在水中的溶解度不僅與其分子量有關(guān)，還與PEG的氧化處的位置及化學(xué)修飾有關(guān)。例如，PEG之所以具有出色的抗凝能力和生物相容性，是由于PEG表面的羥基基團極具親水性。

PEG和生物的相互作用

PEG是一種非離子性聚合物，因此與具有相似物理化學(xué)特性的生物分子分子間相互作用特別強，這也使它成為藥物輸送系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)材料、生物傳感器和抗生素控釋材料的常用材料。PEG鈣離性與酶和免疫系統(tǒng)分子間的相互作用相對較弱，因此PEG在體內(nèi)能延長藥物的半衰期和保護藥物免受免疫系統(tǒng)攻擊。

PEG和生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)分子間的相互作用也主要是通過水、氫鍵作用和范德華力進(jìn)行的。PEG可以調(diào)節(jié)生物內(nèi)蛋白質(zhì)和多肽藥物的結(jié)構(gòu)和功能。如，PEG共軛生物分子可以增加藥物在血液中的穩(wěn)定性。另外，PEG與細(xì)胞膜之間的相互作用還有助于降低膽固醇和脂質(zhì)的積聚，因此PEG常被用于制備合成脂質(zhì)體、核殼結(jié)構(gòu)、多肽抗體以及生物膜。

PEG的生物降解性

PEG的生物降解性主要取決于PEG的分子量，晶體結(jié)構(gòu)和PEG親水基團化學(xué)修飾情況。PEG的高分子量和封閉性促使PEG更難被生物體分解，而PEG表面的親水性和氫鍵決定了PEG的生物相容性。當(dāng)PEG在體內(nèi)受到水解時，PEG被水解為二聚醚，均分子重量約為700Dalton。然后水解生成的酚類在體內(nèi)繼續(xù)代謝并被排出體外。

PEG還可以與代謝產(chǎn)物如MAO和PMP組成前體物，繼續(xù)防止藥物的代謝和降解。PEG的生物降解行為還可以根據(jù)PEG表面的親水基團和生物羧酸在酶中的結(jié)合情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。PEG的生物降解性質(zhì)提高了PEG在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的地位，尤其是在基因治療、干細(xì)胞研究和人工心臟等領(lǐng)域。總結(jié)一下，在生物分子和器官中，PEG的化學(xué)結(jié)構(gòu)特性對其性能產(chǎn)生了很大的影響。PEG具有可調(diào)節(jié)的水溶性、溶解力和藥物輸送功能，同時能夠減輕機體和細(xì)胞的免疫反應(yīng)，促進(jìn)生物降解和藥物代謝的穩(wěn)定性。