什么是PGA聚合物？
聚（羟基乙酸）（PGA）是一种属于聚（α-羟基酸）家族的合成脂肪族聚酯。它完全通过工业化学合成制得，其特征是由酯键连接的简单重复羟基乙酸单元。 PGA具有高度结晶性和亲水性，这些特征使其区别于PLA和PLGA等与其密切相关的可生物降解聚酯。其降解产物——甘醇酸——是一种天然代谢产物，可通过正常的生理途径进行代谢。
PGA是由乙二酸或其环状二聚体——乙二酸酯合成的。由于其易降解且溶解度有限，高分子量PGA的生产在技术上要求较高，这也推动了多种聚合策略的开发，这些策略旨在为生物医学应用提供足够的力学性能。
PGA聚合物的主要特性
理化特性
PGA的形成依赖于阶梯生长或开环聚合机制，其最终性能在很大程度上取决于分子量和结晶度。
聚合与合成途径包括：
- 乙二醇酯的开环聚合。
- 甘醇酸的直接聚缩合反应。
- 在合成过程中采用共沸聚缩合反应去除水分。
- 卤代乙酸酯的固相聚合反应。
- 酸或酶催化的聚合途径。
PGA具有较高的结晶度（通常为45%–55%）、接近生理温度的玻璃化转变温度以及较高的熔点。其紧密的分子堆积限制了其在大多数常见有机溶剂中的溶解度，从而影响了其加工和表征。
力学性能
PGA是生物医学领域中刚性最强的可生物降解聚酯之一。其力学性能主要取决于其结晶度和分子量。
- 与其他可吸收聚合物相比，其弹性模量和抗拉强度较高。
- 由于其晶体结构，断裂伸长率较低。
- 机械稳定性随分子量和结晶度的增加而提高。
- 在水解降解过程中，机械完整性迅速丧失。
随着降解的进行，PGA会发生整体侵蚀，导致刚度和强度迅速下降，在生理条件下通常仅需数周。
生物相互作用
PGA通常被认为具有生物相容性和生物可吸收性。
- 主要通过酯键的水解断裂而降解。
- 在酯酶存在下，也可发生酶解降解。
- 降解会产生甘醇酸，后者进入代谢途径。
- 快速降解可能会导致局部pH值下降，并引发炎症反应。
如果不对表面进行改性，细胞对PGA的粘附通常受到限制，且生物反应会受到支架结构、降解速率以及降解副产物的显著影响。
PGA聚合物的应用
组织工程
由于其初始机械强度高且降解过程可预测，PGA在组织工程中已被广泛用作临时支架材料。它已应用于骨、软骨、肌腱、韧带、血管和软组织支架中，通常以纤维状或无纺网状形式存在。 PGA支架通常与其他聚合物或涂层结合使用，以延缓降解、促进细胞附着，同时在组织再生的早期阶段保持结构完整性。
3D细胞培养与疾病模型
在三维培养系统中，聚乳酸（PGA）纤维网和多孔支架已被用于支持细胞组织化和类组织构建体的形成。由于其降解迅速，PGA特别适用于需要由新合成的细胞外基质替代支架的短期培养模型。基于PGA的构建体已被用于研究组织在动态机械环境下的发育和重塑过程。
药物、基因与细胞递送
PGA已被应用于控释系统中，最典型的是作为可吸收缝线和生物活性物质的临时载体。PGA基质中药物的释放受聚合物降解、结晶度和分子量分布的影响。尽管其快速水解特性限制了其在长期释放领域的应用，但PGA在短期给药以及作为复合给药系统的组分方面仍具有重要价值。
为何PGA聚合物的粘弹性如此重要
尽管PGA通常被视为一种刚性聚合物，但随着时间的推移，其粘弹性行为会因降解而发生显著变化。 刚度、阻尼和机械松弛的变化会直接影响载荷传递、支架稳定性及组织反应。监测粘弹性特性对于理解基于PGA的结构在植入、组织再生或体外培养过程中的表现至关重要，尤其是考虑到其机械完整性会随着水解而迅速下降。
表征PGA聚合物粘弹性的方法
PGA的力学表征通常依赖于破坏性或接触式技术，例如：
- 拉伸试验
- 压缩试验
- 动态力学分析
- 针对熔融态或加工态样品的常规流变测量
这些方法通常需要破坏样品，其时间分辨率有限，且不适用于监测在水合或无菌环境中的降解或力学演变。因此，它们只能提供“快照式”测量结果，而无法持续洞察随时间变化的行为。
ElastoSens™ Bio：一种用于测量软PGA聚合物的无损检测工具
ElastoSens™ Bio 是一款基于共振原理的仪器，专为软聚合物系统和动态聚合物系统的无损粘弹性表征而设计。
- 可在不接触或损伤样品的情况下，实时测量剪切模量。
- 灵敏度高且重复性好，适用于检测早期阶段的机械变化。
- 可对PGA在降解过程中的力学演变进行连续监测。
- 允许在水合或无菌条件下对同一样品进行重复测量。
- 适用于聚合或结构松弛等动态过程。
对于基于软PGA的系统，ElastoSens™ Bio 提供了一种强有力的手段，用于捕捉随时间变化的刚度损失以及介导生物医学和研究应用中功能表现的粘弹性转变。
结论与展望
PGA的机械性能——由其结晶度、分子量和快速降解特性决定——对其在生物医学和软聚合物系统中的功能至关重要。当加工成水合、多孔或复合结构时，PGA会表现出随时间变化的粘弹性演变，必须在不改变材料或环境的情况下对其进行监测。 借助 ElastoSens™ Bio 进行无损粘弹性表征，可实现：
- 专为基于PGA的柔性且动态变化的系统量身定制的高灵敏度、可重复性测量。
- 对聚合物形成或早期结构稳定的实时追踪。
- 在适用情况下，识别从类液体行为向类固体行为的转变。
- 降解过程中末端刚度及机械衰减的定量分析。
- 对同一样本随时间推移进行的纵向测试，包括在无菌条件下进行的测试。
这些能力共同有助于更深入地理解PGA的结构-性能关系，并在研究和生物医学应用中更好地控制其力学性能。
参考文献
了解我们的技术如何利用微量样本，以无损方式测量软生物材料和组织的粘弹性特性
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