• 高柔顺性: C-O-C醚键的旋转位垒低，使得PEG链非常灵活。在良溶剂（如水）中，它呈现无规线团（random coil）构象，链段在不断地进行快速的构象重排。
• 亲水性: 醚键中的孤对电子可作为氢键受体，与水分子形成氢键。每个环氧乙烷单元可结合约2-3个水分子，形成一层紧密而动态的水合层。这是其优异水溶性和生物相容性的根本原因。
• 排除体积效应: 在溶液中，由于链段的柔性和水合作用，PEG链占据了比其干体积大得多的空间，形成一个“流体力学体积”或“动力学体积”。这个被溶剂化的巨大体积是其能够提供空间位阻稳定性的基础。

• 半结晶性: PEG是一种典型的半结晶性聚合物。其结晶能力和结晶度依赖于分子量、链结构和端基。高分子量的线性PEG可以形成规整的片晶结构。
• 物理形态: 宏观形态与分子量密切相关。低分子量（
• 力学性能: 作为蜡状固体时，PEG通常较软且韧性较差。其力学性能通常不是其主要应用方向，但在水凝胶等应用中，交联后的力学性能则至关重要。

PEG作为一种多功能砌块，极少单独作为最终材料使用，而是通过共聚或共混与其他分子结合，形成具有特定功能的先进材料。

这是PEG最重要的应用形式。作为亲水嵌段，它可以与多种疏水嵌段共聚，形成两亲性的嵌段共聚物，这些共聚物是纳米药物递送领域的基石。

• 双嵌段共聚物: 如 PEG-PCL (聚己内酯), PEG-PLGA (聚乳酸-羟基乙酸)。在水溶液中自组装形成核-壳结构的胶束，疏水内核用于装载疏水性药物，亲水PEG外壳提供稳定性和生物相容性。
• 三嵌段共聚物: 最著名的是 PEO-PPO-PEO (商品名: Pluronic®, Poloxamer)。这类共聚物表现出独特的温敏性，在低温下为溶胶状态，在体温附近转变为凝胶状态，可用于构建可注射的药物缓释系统。

将PEG与其他聚合物进行物理混合，可以方便地调节共混物的宏观性质。

• 调节亲水性: 在疏水性基质（如聚氨酯）中添加少量PEG可以显著提高材料的表面亲水性。
• 增塑作用: 在一些较硬的聚合物中，低分子量的PEG可以作为增塑剂，增加材料的柔韧性。
• 调节药物释放: 在药物制剂中，通过调节PEG与其他辅料的比例，可以精确控制药物的溶出和释放速率。

PEG在纳米体系中最核心的角色是作为一种“功能性护盾”，保护核心的无机或有机材料，使其能够在复杂的生物或化学环境中稳定存在并发挥功能。

当PEG链被接枝到纳米颗粒表面时，它们会像刷子一样伸展到周围的溶剂中，形成一层“高分子刷”。这层柔性的、富含溶剂的刷层在颗粒之间产生强大的空间排斥力。当两个颗粒靠近时，其表面的PEG链会相互压缩，导致体系熵减和自由能升高，从而产生排斥力。这种力可以有效克服使颗粒团聚的范德华引力，从而赋予纳米颗粒极高的胶体稳定性。

这是著名的“隐身效应 (Stealth Effect)”。PEG链强大的水合能力在纳米颗粒周围形成一层紧密而动态的水化层。这层水化层能有效阻止血清中的调理素（opsonin）等蛋白质的非特异性吸附。由于缺乏蛋白质标记，这些PEG化的纳米颗粒能够逃避网状内皮系统（RES，主要是肝和脾中的巨噬细胞）的识别和清除，从而极大地延长其在血液中的循环时间，增加其到达病灶（如肿瘤）部位的机会。

PEG包覆层可以作为一个物理屏障，将内部的核心材料与外界环境隔离开来。这可以：

• 防止氧化: 保护对氧气敏感的材料（如一些金属纳米颗粒）不被氧化。
• 防止溶解: 减缓在水溶液中易溶解的材料（如一些量子点或离子晶体）的溶解速率，提高其稳定性。

PEG是少数几种被美国食品药品监督管理局（FDA）批准的可用于注射、口服和局部给药的合成高分子之一。它被广泛认为是生物医学应用中的“黄金标准”材料，其优异的生物相容性源于：

• 低毒性: PEG本身及其代谢产物（主要为水和二氧化碳）毒性极低。
• 低免疫原性: PEG的化学结构简单，缺乏可被免疫系统识别的特定基团，因此极少引发免疫反应。
• 亲水性: 高度亲水，使其与生物体液环境相容。

PEG表面抵抗蛋白质和细胞非特异性吸附的能力是其所有生物医学应用的基础。这种“抗污染”特性使其成为生物传感器、植入式医疗器械和体外诊断设备表面改性的理想选择，可以最大限度地减少生物噪音，提高信噪比。其机理至今仍在研究中，主流理论认为与其表面紧密结合的水分子层有关，这层水化层在能量上和熵上都不利于蛋白质的靠近和吸附。

通过对PEG链的末端进行化学修饰（如引入丙烯酸酯、乙烯基砜等），可以使其在特定条件下（如光照、pH变化、添加交联剂）发生交联，形成富含水分的三维网络结构——水凝胶。这种水凝胶具有优异的生物相容性和可调节的力学性能，被广泛用于：

• 组织工程: 作为细胞生长的三维支架，模拟细胞外基质。
• 药物缓释: 将药物包裹在水凝胶网络中，通过降解或扩散实现药物的长期、可控释放。
• 伤口敷料: 提供湿润的愈合环境，并可装载抗菌药物。

将PEG共价连接到蛋白质、多肽、抗体药物或小分子药物上的过程被称为“PEG化 (PEGylation)”。这是一种成熟的药物增效技术，可以通过增加药物的流体力学体积和“隐身效应”，带来诸多益处：

• 延长半衰期: 显著减缓药物被肾脏清除和被酶降解的速率，从而延长其在体内的作用时间。
• 降低给药频率: 患者无需频繁注射，提高了用药依从性。
• 降低免疫原性: 屏蔽药物表面的抗原决定簇，降低其引发免疫反应的风险。

PEG的生物安全性与其分子量密切相关。通常认为，分子量低于30 kDa的线性PEG可以通过肾脏过滤被有效清除出体外。而更高分子量的PEG清除速率显著减慢，可能在肝脏等器官发生蓄积，引发细胞空泡化等组织学变化，其长期安全性仍是研究关注点。因此，在药物设计中需要仔细权衡PEG分子量带来的长循环效益和潜在的蓄积风险。

尽管PEG被认为是低免疫原性的，但越来越多的证据表明，部分人群体内存在预先形成的抗PEG抗体（可能源于化妆品和食品中的PEG暴露）。这些抗体的存在可能导致对PEG化药物的“加速血液清除 (ABC)”现象，即首次注射有效，但再次注射时药物会被抗体迅速识别并清除，导致药效丧失。在极少数情况下，还可能引发严重的过敏反应。这是当前PEG化药物开发面临的主要挑战之一。

商业PEG产品中可能含有少量合成过程中的副产物，如环氧乙烷、1,4-二氧六环等，这些杂质具有明确的毒性。因此，用于生物医学用途的PEG必须经过严格的纯化，并符合药典标准。

工业上，PEG主要是通过环氧乙烷(EO)的阴离子开环聚合来制备的。反应通常由强碱性引发剂（如甲醇钠、氢氧化钾）引发。引发剂的醇负离子攻击环氧乙烷单体的碳原子，使其开环并形成新的醇负离子活性中心，该中心可继续攻击下一个单体，使链不断增长。这是一个“活性”聚合过程，理论上在单体耗尽前不会终止，因此可以得到分子量分布很窄（PDI接近1）的产物。

阳离子开环聚合也可以用来合成PEG，通常使用路易斯酸或质子酸作为引发剂。但该方法容易引发链转移等副反应，导致产物的分子量分布较宽，控制性不如阴离子聚合，因此较少用于商业化生产。

用于生物偶联的功能化PEG，其合成通常分为两步：

1. 首先通过活性聚合得到一端或两端为羟基(-OH)的PEG。
2. 随后，通过经典的有机化学反应，将羟基转化为其他所需的活性官能团，如羧基(-COOH)、氨基(-NH₂)、巯基(-SH)、马来酰亚胺、NHS酯等。

• 凝胶渗透色谱 (GPC/SEC): 是表征高分子最核心的技术。通过将聚合物溶液泵入填充有多孔凝胶的色谱柱，大分子先流出，小分子后流出。根据流出时间可以计算出数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)和多分散指数(PDI=Mw/Mn)。
• 质谱 (MALDI-TOF MS): 提供绝对分子量信息和非常精确的分布情况，尤其适用于低分子量和窄分布的PEG，可以清晰地看到以44 Da（单体质量）为间隔的系列峰。

• 核磁共振波谱 (NMR): ¹H-NMR谱中在~3.6 ppm处的强单峰是PEG主链亚甲基质子的特征信号。通过比较端基质子信号与主链质子信号的积分面积，可以精确计算聚合物的分子量。¹³C-NMR也可用于结构确认。
• 傅里叶变换红外光谱 (FTIR): 用于鉴定C-O-C醚键的特征伸缩振动吸收峰(~1100 cm⁻¹)。

• 差示扫描量热法 (DSC): 用于精确测量PEG的玻璃化转变温度(Tg)和熔点(Tm)，是判断其物理状态、结晶度和纯度的关键技术。

PEG作为表面工程领域最重要的砌块之一，其核心用途是作为“改性剂”被接枝或吸附到其他材料表面，以赋予该表面全新的功能。

这是PEG最广泛的表面工程应用。通过化学反应（如NHS酯-胺反应，马来酰亚胺-巯基反应）将带有活性端基的PEG共价接枝到无机纳米颗粒、蛋白质药物或脂质体表面。这个过程不仅赋予了核心材料“隐身”和抗团聚的能力，还极大地提升了其在生物环境中的稳定性，是纳米药物能够进入临床应用的前提之一。

功能化的PEG链（如-COOH, -NH₂, -N₃）常被用作一个柔性的“连接臂 (Linker)”。它将靶向分子（如抗体、多肽、叶酸）连接到纳米载体的表面。这个柔性臂可以确保靶向分子具有足够的空间自由度去和细胞表面的受体结合，从而实现高效的主动靶向。PEG链的长度还可以用来精确调控靶向分子与载体表面之间的距离。

作为两亲性嵌段共聚物的一部分，PEG链段可以在油水界面或不同材料界面处降低界面能，起到“界面粘合剂”或“表面活性剂”的作用，用于稳定乳液、制备聚合物囊泡(polymersome)等。