Boronic acid and diol-containing polymers: how to choose the correct couple to form “strong” hydrogels at physiological pH
Source abstract
Abstract
Dynamic covalent hydrogels crosslinked by boronate ester bonds are promising materials for biomedical applications. However, little is known about the impact of the crosslink structure on the mechanical behaviour of the resulting network. Herein, we provide a mechanistic study on boronate ester crosslinking upon mixing hyaluronic acid (HA) backbones modified, on the one hand, with two different arylboronic acids, and on the other hand, with three different saccharide units. Combining rheology, NMR and computational analysis, we demonstrate that carefully selecting the arylboronic-polyol couple allows for tuning the thermodynamics and molecular exchange kinetics of the boronate ester bond, thereby controlling the rheological properties of the gel. In particular, we report the formation of "strong" gels (i.e. featuring slow relaxation dynamics) through the formation of original complex structures (tridentate or bidentate complexes). These findings offer new prospects for the rational design of hydrogel scaffolds with tailored mechanical response.
Source: openalex_inverted_index · Quality: candidate unverified · Source record ↗
Research context
OpenAlex topics: Hydrogels: synthesis, properties, applications · Supramolecular Self-Assembly in Materials · Hemoglobin structure and function
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Univ. Grenoble Alpes
Centre de Recherches sur les Macromolécules Végétales (CERMAV)-CNRS
38041 Grenoble Cedex 9
France
CEA
CNRS
Institut de Biologie Structurale
38044 Grenoble Cedex 9
Galderma/Nestlé Skin Health R&D
SE-752 28 Uppsala
Sweden
06410 Biot
References (68)
Show source-provided references
1. Taylor · Adv. Mater. · 2016 · 28 · 906010.1002/adma.201601613 ↗
2. Wang · Adv. Mater. · 2015 · 27 · 371710.1002/adma.201501558 ↗
3. Loebel · Nat. Protoc. · 2017 · 12 · 152110.1038/nprot.2017.053 ↗
4. Jin · Chem. Soc. Rev. · 2013 · 42 · 663410.1039/c3cs60044k ↗
5. Deng · ACS Macro Lett. · 2015 · 4 · 22010.1021/acsmacrolett.5b00018 ↗
6. He · Chem. Commun. · 2011 · 47 · 749710.1039/c1cc11928a ↗
7. Kitano · Makromol. Chem., Rapid Commun. · 1991 · 12 · 22710.1002/marc.1991.030120405 ↗
8. Kotsuchibashi · ACS Macro Lett. · 2013 · 2 · 26010.1021/mz400076p ↗
9. Lin · Chem. Commun. · 2014 · 50 · 977910.1039/C4CC04735D ↗
10. Meng · Chem. Commun. · 2014 · 50 · 1227710.1039/C4CC04760E ↗
11. Pettignano · Chem. Commun. · 2017 · 53 · 335010.1039/C7CC00765E ↗
12. Roberts · Adv. Mater. · 2007 · 19 · 250310.1002/adma.200602649 ↗
13. Shan · Polym. Chem. · 2017 · 8 · 299710.1039/C7PY00519A ↗
14. Tang · Adv. Sci. · 2018 · 5 · 180063810.1002/advs.201800638 ↗
15. Tarus · Macromol. Rapid Commun. · 2014 · 35 · 208910.1002/marc.201400477 ↗
16. Yesilyurt · Adv. Mater. · 2016 · 28 · 8610.1002/adma.201502902 ↗
17. Marco-Dufort · Mater. Today Chem. · 2019 · 12 · 1610.1016/j.mtchem.2018.12.001 ↗
18. Yan · Tetrahedron · 2004 · 60 · 1120510.1016/j.tet.2004.08.051 ↗
19. Dong · Langmuir · 2016 · 32 · 874310.1021/acs.langmuir.5b04755 ↗
20. Figueiredo · Biomacromolecules · 2019 · 21 · 203
21. Chen · Biomacromolecules · 2018 · 19 · 59610.1021/acs.biomac.7b01679 ↗
22. Wang · ACS Biomater. Sci. Eng. · 2016 · 2 · 231510.1021/acsbiomaterials.6b00527 ↗
23. Adamczyk-Wozniak · Chem. Rev. · 2015 · 115 · 522410.1021/cr500642d ↗
24. Dowlut · J. Am. Chem. Soc. · 2006 · 128 · 422610.1021/ja057798c ↗
25. Cromwell · J. Am. Chem. Soc. · 2015 · 137 · 649210.1021/jacs.5b03551 ↗
26. Yount · Angew. Chem., Int. Ed. · 2005 · 44 · 274610.1002/anie.200500026 ↗
27. Yount Wayne · J. Am. Chem. Soc. · 2005 · 127 · 1448810.1021/ja054298a ↗
28. Hemshekhar · Int. J. Biol. Macromol. · 2016 · 86 · 91710.1016/j.ijbiomac.2016.02.032 ↗
29. Tam · Acc. Chem. Res. · 2017 · 50 · 70310.1021/acs.accounts.6b00543 ↗
30. Berube · J. Org. Chem. · 2008 · 73 · 647110.1021/jo800788s ↗
31. Wu · Chem. Soc. Rev. · 2013 · 42 · 803210.1039/c3cs60148j ↗
32. C. W. Macosko , Rheology: Principles, Measurements, and Applications , Rheology: Principles, Measurements, and Applications , VCH Publishers , Weinheim, Germany , 1994
33. Hudson · Phys. Fluids · 2017 · 29 · 12160210.1063/1.4993308 ↗
34. Krieger · J. Rheol. · 1990 · 34 · 47110.1122/1.550138 ↗
35. Abraham · SoftwareX · 2015 · 1 · 1910.1016/j.softx.2015.06.001 ↗
36. H. J. C. Berendsen ; J. P.Postma ; W. F.van Gunsteren and J.Hermans , in Intermolecular Forces , ed. B. Pullman , Springer , Netherlands , 1981 , pp. 331–342
37. Schmid · Eur. Biophys. J. · 2011 · 40 · 84310.1007/s00249-011-0700-9 ↗
38. Bussi · J. Chem. Phys. · 2007 · 126 · 01410110.1063/1.2408420 ↗
39. Berendsen · J. Chem. Phys. · 1984 · 81 · 368410.1063/1.448118 ↗
40. Zhao · Theor. Chem. Acc. · 2008 · 120 · 21510.1007/s00214-007-0310-x ↗
41. Marenich · J. Phys. Chem. B · 2009 · 113 · 637810.1021/jp810292n ↗
42. Del Vigo · Carbohydr. Res. · 2017 · 448 · 13610.1016/j.carres.2017.05.003 ↗
43. Sameera · J. Chem. Theory Comput. · 2012 · 8 · 263010.1021/ct3002305 ↗
44. Mierzwa · Comput. Theor. Chem. · 2015 · 1053 · 13010.1016/j.comptc.2014.10.003 ↗
45. Springsteen · Tetrahedron · 2002 · 58 · 529110.1016/S0040-4020(02)00489-1 ↗
46. Ellis · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 363110.1021/ja210719s ↗
47. Mahalingam · Mol. Pharmaceutics · 2011 · 8 · 246510.1021/mp2002957 ↗
48. Angyal · Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. · 1991 · 49 · 1910.1016/S0065-2318(08)60180-8 ↗
49. Thordarson · Chem. Soc. Rev. · 2011 · 40 · 130510.1039/C0CS00062K ↗
50. Huang · Methods Enzymol. · 1982 · 87 · 50910.1016/S0076-6879(82)87029-8 ↗
51. Ulatowski · J. Org. Chem. · 2016 · 81 · 174610.1021/acs.joc.5b02909 ↗
52. Norrild · J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 · 1996 · 258310.1039/p29960002583 ↗
53. Norrild · J. Am. Chem. Soc. · 1995 · 117 · 147910.1021/ja00110a003 ↗
54. Pettignano · Chem. Commun. · 2017 · 53 · 335010.1039/C7CC00765E ↗
55. Charlot · Macromolecules · 2007 · 40 · 955510.1021/ma071631h ↗
56. Leibler · Macromolecules · 1991 · 24 · 470110.1021/ma00016a034 ↗
57. Rubinstein · Macromolecules · 1998 · 31 · 138610.1021/ma970617+ ↗
58. Rubinstein · Macromolecules · 2001 · 34 · 105810.1021/ma0013049 ↗
59. Van Duin · Tetrahedron · 1985 · 41 · 341110.1016/S0040-4020(01)96693-1 ↗
60. Sato · Polym. Bull. · 2017 · 74 · 406910.1007/s00289-017-1937-y ↗
61. Liu · Bioorg. Med. Chem. · 2014 · 22 · 446210.1016/j.bmc.2014.04.065 ↗
62. Tomsho · ACS Med. Chem. Lett. · 2012 · 3 · 4810.1021/ml200215j ↗
63. Miyamoto · Inorg. Chem. · 2008 · 47 · 141710.1021/ic702317n ↗
64. Peters · Coord. Chem. Rev. · 2014 · 268 · 110.1016/j.ccr.2014.01.016 ↗
65. Hatakeyama · Thermochim. Acta · 1998 · 308 · 310.1016/S0040-6031(97)00325-0 ↗
66. Haxaire · Biopolymers · 2003 · 72 · 14910.1002/bip.10342 ↗
67. Joshi · Int. J. Pharm. · 1992 · 80 · 21310.1016/0378-5173(92)90279-B ↗
68. Servaty · Int. J. Biol. Macromol. · 2001 · 28 · 12110.1016/S0141-8130(00)00161-6 ↗