聚酰胺-胺（PAMAM）树状大分子与天然胶原的复合材料凭借其自组装能力和良好的力学性能，在组织工程、再生医学及药物递送领域展现出潜力。PAMAM的球形对称结构、表面可修饰性及内部空腔的负载能力，与胶原的三螺旋结构、生物相容性及细胞黏附特性形成互补，通过分子间相互作用驱动自组装，形成具有动态力学响应的纳米至微米级复合结构。

一、自组装行为

PAMAM与胶原的自组装是热力学驱动的协同过程，涉及静电相互作用、氢键、疏水作用及空间位阻效应的动态平衡，其组装路径可分为三个阶段：

1. 初始吸附

PAMAM表面氨基（pKa≈9.5）在生理pH（7.4）下带正电，而胶原分子（pI≈7.5-8.0）表面分布负电区域（如天冬氨酸、谷氨酸残基）。两者通过静电吸引形成初始吸附层，吸附速率与PAMAM代数（G1-G10）及胶原浓度相关：

代数依赖性：低代数PAMAM（G1-G3）表面电荷密度低，吸附量随代数增加呈线性增长；高代数PAMAM（G4-G10）因空间位阻效应，吸附量在G7达到饱和。

浓度效应：当胶原浓度增加，PAMAM吸附量提升，但浓度过高会导致胶原分子自聚集，抑制PAMAM掺入。

2. 二级结构重排

静电吸附后，PAMAM与胶原通过氢键网络及疏水作用进一步结合，引发胶原三螺旋结构的局部解旋与重排：

氢键形成：PAMAM内部酰胺键与胶原甘氨酸-脯氨酸-羟脯氨酸（Gly-Pro-Hyp）重复单元中的羟基（-OH）形成氢键，使复合材料热稳定性提升。

疏水核心构建：高代数PAMAM（G5-G10）内部疏水空腔可包裹胶原侧链的疏水基团，形成疏水微区，降低界面能，驱动自组装向更稳定结构演进。

3. 多级结构形成

在热力学平衡状态下，PAMAM-胶原复合材料形成三种典型结构：

纳米颗粒：当PAMAM/胶原质量比<0.5时，静电吸引主导，形成球形颗粒，表面Zeta电位降低，表明胶原覆盖导致电荷屏蔽。

纤维网络：质量比0.5-2.0时，氢键与疏水作用协同驱动，胶原分子沿PAMAM表面延伸，形成交织纤维网络，模量较纯胶原纤维提升。

凝胶支架：质量比>2.0时，空间位阻效应，PAMAM分子间通过疏水作用交叉连接，形成三维孔隙结构，适用于细胞浸润与组织再生。

二、动态力学特性

PAMAM-胶原复合材料的力学性能源于分子间相互作用的动态重排及多级结构的能量耗散机制，其动态力学行为可通过以下维度解析：

1. 分子尺度

频率依赖性：在动态力学分析（DMA）中，储能模量（E'）随频率（ω）增加而升高。

温度敏感性：损耗模量（E''）在胶原玻璃化转变温度（Tg≈-20℃）附近出现峰值，对应胶原分子链段的微布朗运动；而在PAMAM玻璃化转变温度附近无峰，表明PAMAM刚性核心限制了分子链运动。

2. 纳米-微米尺度

应变硬化行为：在单轴拉伸试验中，当应变（ε）<10%时，E'保持恒定；ε>10%后，E'随ε增加而升高，源于胶原纤维的取向重排及PAMAM分子间的疏水交叉链接增强。

能量耗散机制：循环加载-卸载试验显示，复合材料的滞后回线面积较纯胶原提高，主要源于PAMAM-胶原界面处的氢键断裂与重组及纤维间的摩擦滑移。

3. 宏观尺度

压缩模量调控：通过调整PAMAM/胶原质量比可准确控制支架的压缩模量（Ec）。