《武汉工程大学学报》 2021年01期
50-58，64
出版日期：2021-02-28
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
LCST型智能聚合物及其在生物医学领域的研究进展
刺激响应聚合物，又称“智能”聚合物，当受到外界刺激，如温度、pH、离子强度变化，或氧化还原反应、光、剪切应力、酶等作用时，聚合物会发生一定变化，以对外界刺激进行响应［1］。这些变化包括疏水/亲水平衡、溶解度、构象、形状或胶束化等［2］。根据响应方式，刺激响应聚合物可以分为温敏聚合物、pH敏聚合物、光敏聚合物等。其中温敏聚合物自身结构或溶解度会随温度的变化而发生改变。聚合结构或溶解度发生变化的温度称为转变温度。由于溶解度在这一点发生变化，因此也称为临界溶解温度。温敏聚合物分为两类：一类是具有低临界溶解温度（lower critical solution temperature，LCST）的聚合物，即LCST型聚合物，当温度低于其LCST时，聚合物在溶液中溶解而呈均相，而在高于LCST时，聚合物发生相分离；另外一类是具有高临界溶解温度（upper critical solution temperature，UCST）的聚合物，即UCST型聚合物。当温度高于其UCST时，聚合物完全溶解而呈均相。LCST和UCST分别是聚合物溶解的临界温度点，如图1所示。[0 0.5 1Polymer molar fraction][Temperature （℃）][Temperature （℃）][0 0.5 1Polymer molar fraction][ b ][ a ][2 phases][1 phases][2 phases][1 phases][LCST][UCST]图1 温敏聚合物溶解相图：（a）LCST型聚合物，（b）UCST型聚合物［3］Fig. 1 Solution phase diagrams of temperature-sensitive polymer：（a）LCST-type polymer，（b）UCST-type polymer［3］温敏聚合物可以设计成各种形式，如水凝胶、功能化表面、膜、胶束和各种类型的粒子等［4］。由于其温度变化易于控制，温敏聚合物在生物医学领域具有广阔的应用前景，例如，在细胞培养工程和生物分离中促进对蛋白质和细胞的黏附/分离，在组织工程应用中形成支架以及作为药物和核酸的运输载体等［5-8］。其中，关于LCST型聚合物的应用研究受到了更多关注。本文介绍了LCST型聚合物的温敏机理及其分类，讨论了LCST型聚合物在药物输送、基因治疗和组织工程领域的应用研究，并对LCST型聚合物的未来发展方向进行了展望。1 LCST型聚合物的温敏机理聚合物的温敏现象可以通过热力学方程进行分析，溶解过程中的吉布斯自由能的变化可写为：ΔG=ΔH-TΔS，式中，ΔG、ΔH和ΔS分别为高分子与溶剂分子混合的吉布斯混合自由能、混合焓和混合熵；T为体系温度。ΔH与体系中分子间相互作用力有关，ΔS取决于体系的有序度。从聚合物溶解热力学观点来看，LCST型聚合物在低温时体系的ΔG<0，温度高于LCST时，ΔG>0。LCST型聚合物一般由亲水基团和疏水基团组成。在水溶液中，聚合物中亲水基团可与水分子形成大量氢键，形成氢键为放热过程，所以ΔH<0；分子间氢键使水分子禁锢在聚合物链周围形成水合层，水分子的自由度降低，故体系的-TΔS>0。当温度较低时，-TΔS值较小，体系ΔG<0，聚合物-水体系为均相溶液。当温度升高，分子动能增加，聚合物上的亲水基团与水分子间的氢键稳定性下降，氢键相互作用减弱，所产生的热效应降低，ΔH数值减小；当温度升高时，-TΔS值变大，体系ΔG>0，宏观表现为高分子从溶液中析出，体系变得浑浊，故LCST也称为“浊点”。相分离主要是由于温度增加，体系的熵变化导致的，故把LCST的出现归因为“熵驱动”［9-10］。以聚N-异丙基丙烯酰胺［poly（N-isopropylacrylamide），PNIPAM］为例说明LCST型聚合物的相转变机理［11-12］。如图2所示，PNIPAM分子中含有亲水性的酰胺基（-CONH-）和疏水性的异丙基［-CH（CH3）2-］。当温度低于其LCST时，PNIPAM中的每个酰胺键与3个水分子之间形成氢键相互作用，另外水分子之间也可形成氢键，PNIPAM链在水溶液充分伸展，呈无规线团构象，宏观表现为完全溶解。当温度升高时，PNIPAM与水分子之间的氢键相互作用减弱，亲水基团和水的结合被部分破坏，水合的水分子重新变得自由。为降低界面能，疏水基团与水分子减少接触而相互聚集，即产生“疏水相互作用”［13-14］，水分子进一步被排除在外，被释放到本体水分子中，高分子的构象由扩张的无规线团状转变为收缩的球状结构［13］，宏观表现为溶液出现浊点。若把温度降低到LCST以下，PNIPAM又会溶解于水中。[T>LCST][T＜LCST][PHIPAM][H2O][H][H][H][H][H][H][H][H][H][N][N][H][H][H][H][H][O][O][O][O][O][O][H][H][H][H][H][H][H][H][O][O][O][O][O][O]图2 PNIPAM的可逆温敏转变的示意图Fig. 2 Schematic diagram of reversible temperature-sensitive transition of PNIPAM2 LCST型聚合物的分类根据化学结构的不同，LCST型聚合物主要可分为聚丙烯酰胺类、聚乙烯基酰胺类、聚醚类、聚甲基丙烯酸酯类和聚噁唑啉类等。1）聚丙烯酰胺类聚丙烯酰胺类聚合物是研究最多的温敏聚合物，其温敏性与侧链的取代氨基的结构有关，即与O＝C─N─R1（R2）上的取代基R1、R2有关。当取代基R1为氢原子或甲基且R2为甲基时，聚合物有良好的溶解性，未表现出LCST型溶液相行为；当取代基R1为氢原子、甲基或乙基且R2为乙基、丙基、异丙基和环丙基时，聚合物在水中（0~100 ℃）表现出LCST型溶液相行为；当取代基R1是甲基或乙基且R2是丙基、异丙基或环丙基时，聚合物在水中不溶解［15］。表1列出了常见聚丙烯酰胺类聚合物及其对应的LCST。目前研究最广泛的聚丙烯酰胺类聚合物是PNIPAM。Heskins等［16］首次报道了PNIPAM的相转变行为。PNIPAM的广泛研究是由于在32 ℃的水溶液中发生了明显的相转变行为，其LCST与分子量和浓度无关［17］，并且具有良好的生物相容性。然而，人体生理温度约为37 ℃，因此，若要应用于相关领域需改变其LCST至37 ℃附近。通常与亲水单体共聚时，得到的共聚物的LCST会提高；与疏水单体共聚时，所得共聚物的LCST会降低。表2列举了一些基于PNIPAM的共聚物及其LCST。表1 常见聚丙烯酰胺类聚合物Tab. 1 Common polyacrylamide polymers[聚合物 取代基R1 取代基R2 LCST / ℃ 聚N-乙基丙烯酰胺 氢原子 乙基 82 聚N-丙基丙烯酰胺 氢原子 丙基 10 聚N-异丙基丙烯酰胺 氢原子 异丙基 32 聚N-环丙基丙烯酰胺 氢原子 环丙基 53 聚N-乙基，N-甲基丙烯酰胺 甲基 乙基 56 聚N，N-二乙基丙烯酰胺 乙基 乙基 23-35 ]2）聚乙烯基酰胺类聚乙烯基酰胺类聚合物有聚N-乙烯基己内酰胺［poly（N-vinyl caprolactam），PVCL］和聚N，N-乙烯基丙基乙酰胺［Poly（N-vinyl propylacetamide），PVPA］在水中表现出LCST型相变行为［23］。其中，PVCL是聚乙烯基酰胺类聚合物中研究较多的聚合物，其LCST在30~50 ℃范围内可调［24］。PVCL的温敏性与分子量和溶液浓度有很大的关系，可通过这些因素来改变其LCST［25］。PVCL具有良好的生物相容性，且水解后无毒，这种特性使其在生物医学领域有着潜在的应用价值。危俊吾等［26］利用可逆加成-断裂链转移聚合的方法合成了PVCL，并研究了无机盐对其LCST的影响，结果表明，加入碘化钾后，PVCL的LCST随着碘化钾浓度的增大而逐渐升高；加入氯化钠后则LCST会明显降低，氯化钠浓度过高甚至会使PVCL在室温下产生沉淀。3）聚醚类聚醚类聚合物在各领域中得到广泛应用，其中脂肪族聚醚由于其低毒性、生物相容性和温敏性可以用于生物医学领域。聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物（poloxamers）是脂肪族聚醚中的一类，由聚氧乙烯（polyethylene oxide，PEO）和聚氧丙烯（polypropylene glycol，PPO）均聚链组成。聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物具有LCST行为，且其LCST可以通过共聚物的组成调节在10~100 ℃的范围内［27］。PEO在85 ℃下溶于水，而PPO是疏水的，因此，制备具有不同摩尔比的PEO和PPO的嵌段共聚物，可以调节其转变温度和溶解性［28］。Pluronic F127（简称F127）是已商业化的聚醚类LCST型聚合物，结构为PEO99-PPO65-PEO99，其LCST约为30 ℃［29］。F127由于其在水溶液中的可逆溶胶-凝胶转变行为，引起了人们的广泛关注。Li等［30］利用多种物理作用将α-环糊精（α-cyclodextrin hydrate，α-CD）引入F127中，制备出稳定的F127-α-CD复合水凝胶，F127-α-CD水凝胶的临界凝胶温度可通过F127的质量分数来调节，使其接近生理温度。4）聚甲基丙烯酸酯类近年来，研究最多的一类PNIPAM替代品是含寡聚乙二醇的聚甲基丙烯酸酯［poly（oligo ethylene glycol （meth）acrylate），POEGMA］［31］。Han等［32］首次报道了通过活性阴离子聚合制备的POEGMA具有温敏性行为，与PNIPAM相似。由于聚乙二醇侧链不带电荷、低毒性，POEGMA具有良好的生物相容性，可广泛应用于生物医学领域［33］。POEGMA的LCST可以通过改变侧基OEG单体的数量以及改变寡聚乙二醇链末端的官能团来调节［34］。Sun等［35］采用2-（2-甲氧基乙氧基）乙基甲基丙烯酸酯（MEO2MA）和OEGMA（Mn=475 g/mol）2种单体通过原子转移自由基聚合（atom transfer radical polymerization，ATRP）合成了无规共聚物P（MEO2MA-co-OEGMA475），其LCST为32.5 ℃。Ieong等［36］混合2种不同分子量的POEGMA链，对POEGMA共混物的进行比浊分析，观察到POEGMA共混物有2个独立的相转变，说明POEGMA的LCST对分子量的依赖性小。5）聚噁唑啉类噁唑啉是一类五元杂环化合物，其中2-噁唑啉可以通过阳离子开环聚合法制备聚2-噁唑啉［poly（2-oxazoline），POx］［37］。带有甲基侧链的聚2-噁唑啉具有很强的亲水性，不表现出温敏性。但当侧链为乙基、丙基或异丙基时，聚2-噁唑啉在水中具有LCST性质。如聚2-乙基-2-噁唑啉［poly（2-ethyl-2-oxazoline），PEtOx］、聚2-异丙基-2-噁唑啉［poly（2-isopropyl-2-oxazoline），PiPropOx］和聚2-正丙基-2-噁唑啉［poly（2-propyl- 2-oxazoline），PnPropOx］的转变温度依次下降，分别为65、36和24 ℃［38］，化学结构如图3所示。[N][N][N][O][O][O]图3 聚噁唑啉类聚合物的化学结构式Fig. 3 Chemical structures of polyoxazoline polymers由于POx的主链与聚氨基酸类似，聚噁唑啉具有良好的生物相容性［39］。聚2-噁唑啉的LCST取决于分子量以及共聚物中影响亲水/疏水平衡的共聚单体［40-41］。Monnery等［42］以聚2-噁唑啉为基础合成了具有高分子量的三嵌段共聚物，该三嵌段共聚物由外嵌段为疏水性较强的PnPropOx和内嵌段为亲水性的PEtOx组成，质量分数为20%的三嵌段共聚物溶液在室温下为液体，在水浴中加热至31~32 ℃可形成柔软且透明性好的水凝胶，可用于药物释放和细胞培养。3 LCST型聚合物在生物医学方面的应用LCST型聚合物具有独特的温敏性以及良好的生物相容性，在药物输送、基因治疗和组织工程等生物医学领域具有广阔应用前景。3.1 药物输送药物输送成功的关键是要将药物输送到预期的位置，并且在适宜的时间提供适合的浓度［43］。药物输送体系需要解决的问题包括药物的低溶解性、环境或酶的促降解、体内清除速率过快、非特异毒性和体内传输障碍等［43-45］。为了解决上述问题，研究者们尝试以聚合物作为药物载体。大量研究结果显示，LCST型聚合物在实现智能释药、减少给药频率及癌症治疗等方面体现出了自身独特的优势。以LCST型聚合物为药物载体来输送药物，当温度高于LCST时，药物载体会发生体积相转变，载体结构坍塌，载体提供的载药空间减小，从而使药物从载体释放出来。Indulekha等［46］通过将PVCL与壳聚糖接枝制备了壳聚糖-g-PVCL凝胶（CP凝胶），该CP凝胶具有生物可降解性和温敏性，其LCST为35 ℃。对大鼠腹部皮肤（背侧）行皮肤刺激试验，CP凝胶热敷后的24 h，观察到大鼠皮肤正常，无红斑形成或任何可见的刺激迹象，如图4（a）所示，表明此CP凝胶材料具有良好的生物相容性。CP凝胶作为乙酰氨基酚（一种模型亲水性药物）和依托考昔（一种模型疏水性药物）的载体进行热触发的透皮给药实验，经CP凝胶处理的大鼠和经热处理的CP凝胶处理的大鼠的皮肤进行了组织病理学检查，在14 d内观察到大鼠皮肤正常，与对照皮肤样本相似，如图4（b）所示。实验发现，当皮肤温度较高（39 ℃）时，药物释放增强，因此，患者无论何时经历疼痛，都可以通过加热垫自己给药，从而实现了药物的智能控释。对于药物输送系统来说，最大的挑战之一是实现对药物释放速率的控制。由于LCST型聚合物对温度的敏感特性，可以通过温度的刺激实现药物的可控释放，使药物浓度在较长时间内保持在有效的范围内。Su等［47］首先使用苯乙烯、NIPAM、β-环状糊精（β-cyclodextrin，β-CD）合成了一系列两嵌段共聚物，然后将这些嵌段共聚物通过自组装和呼吸图法制备了β-CD-功能化多孔两亲性嵌段共聚物膜（β-CD-PBCPFs），该共聚物膜具有可控的孔径参数、高均匀度、温敏性，可以控制释放的强力霉素（抗癌药物）和甲硝唑。图5是基于β-CD-PBCPFs的主客体相互作用增强可调释放示意图。由于β-CD和药物分子之间的主客体作用，β-CD-PBCPFs在37 ℃和25 ℃都显示了持续释放行为。在37 ℃下强力霉素的释放速率明显快于在25 ℃下的释放速率，这是因为在37 ℃以下PNIPAM嵌段高度溶胀，使β-CD-PBCPF的孔径变小，并导致强力霉素缓慢释放。Zhang等［48］选取PLA和NIPAM单体为原料，通过紫外光聚合与静电纺丝技术相结合的方法合成具有温敏性的核-壳结构纤维PLA-PNIPAM。在25 ℃时PNIPAM链和水分子之间形成了氢键，阻止核内的促食素A4释放，使50%~60%的药物仍包埋于PLA核中。若温度达到LCST（约40 ℃）以上，PNIPAM嵌段从亲水性转变为疏水性。PNIPAM链发生收缩，其与水分子之间的氢键也被破坏，导致壳结构变形，使得约70%的药物分子从PLA核中释放出来。3.2 基因治疗基因治疗是指通过替代、修补或调节缺陷基团来治疗遗传疾病，关键是将治疗基因传输到待治疗基因的细胞中。然而，脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）及核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）是带负电荷的亲水分子，无法穿过同样带负电荷的疏水细胞膜进入到细胞的细胞核中。此外，DNA分子极其容易在各种生物酶的作用下降解或灭活。为了解决这一问题，研究人员提出使用基因载体来运输DNA分子和其所携带的遗传信息［49］。病毒载体与非病毒载体是最常使用的两大类基因转运载体。病毒载体虽然转染效率高，然而也存在免疫原性、致癌性、难以大量制备等缺点，因此促进了非病毒载体的发展。和病毒相比，非病毒载体具有安全性高、免疫原性低和制备简单等突出优点，使其有望成为实现基因治疗的重要工具，例如天然多糖聚合物、阳离子聚合物和脂质体等［50］。但是，非病毒载体转染效率较低，限制了其在基因治疗方面的应用。采用LCST型聚合物作为基因传递载体时，可以通过控制温度变化调节基因的释放，使负载的基因能够在一定的时间和部位释放，有效提高其转染效率。LCST型聚合物载体可以与带负电荷的DNA、RNA等通过静电作用形成纳米复合物，保护这些核酸避免被酶降解，并提高基因转染效率。Wang等［51］先采用有机相法制备了单分散磁性纳米粒子（monodisperse magnetic nanoparticles，MNPs），再用表面引发的ATRP法合成的聚［2-（2-甲氧基乙氧基）甲基丙烯酸乙酯］-b-聚［2-（二甲基氨基）甲基丙烯酸乙酯］（PMEO2MA-PDMAEMA）共聚物刷对MNPs进行改性，得到MNPs@PMEO2MA- PDMAEMA，其临界转变温度较低，为31~32 ℃。MNPs@PMEO2MA-PDMAEMA与质粒DNA形成纳米复合物，质粒DNA的内化率可以达到96%。图6是在磁场/温度刺激下MNPs@PMEO2MA-PDMAEMA增强基因转染的机理示意图，在磁场作用下，当温度由37 ℃迅速冷却到20 ℃，可以触发细胞内基因的释放，使细胞的转染效率比恒温培养细胞的对照组提高了50~100倍。[Nucleus][Endosome][Complexes][T][Incubating at 37 ℃][Incubating at 20 ℃][MNPs][PMEO2MA][PDMAEMA]图6 磁场/温度刺激诱导基因转染增强的机理［51］Fig. 6 Mechanism of magnetic field/temperature stimuli-induced enhancement in gene transfection［51］Chalanqui等［52］采用海藻酸盐（alginate，Alg）接枝PNIPAM制备了共聚物水凝胶Alg-g-PNIPAM，该水凝胶在20 ℃时可注射并在生理条件下固化，因此具有适合于构建微创局部质粒DNA传递系统的特性。此外，由于高分子量海藻酸盐增加了共聚物在37 ℃时的强度，水凝胶可以在长达30 d的时间内保持稳定，进而能够可控持续地释放质粒DNA。Feng等［53］使用非病毒阳离子嵌段共聚物聚乙二醇-聚N（N′-（2-氨乙基）-氨基乙基））天冬酰胺（PEG-b-PAsp（DET））、聚（N-异丙基丙烯酰胺）-聚N（N′-（2-氨乙基）-氨基乙基）天冬酰胺（PNIPAM-b-PSP（DET））传输治疗性质粒DNA，图7是由PEG-b-PAsp（DET）、PNIPAM-b-PAsp（DET）和携带HO-1的质粒DNA组成的复合胶束，用于椎间盘衰退的基因治疗。将复合胶束注射到椎间盘组织间隙，经过4周观察，证实了椎间盘退变的进程明显减慢。在体外和体内实验中，与单独嵌段共聚物PEG-b-PASP制备的规则复合胶束相比，复合胶束在细胞中的基因转染效率明显高于前者，并且在提高胶束稳定性的同时还降低了对细胞的毒性。3.3 组织工程组织工程学是将工程学与自然科学结合为一体的综合性学科，致力于发展用于修复、替代、提高人体器官及其功能的生物材料。在组织工程中，用于组织细胞培养的支架通常是蛋白质或合成聚合物材料。与天然高分子材料相比，人工合成的聚合物具有不被酶降解，更易于调节机械与化学性质的优势［54］。温敏高分子在组织工程中主要是作为促进细胞生长和增殖的支架，其好处在于细胞层的胞外基质保持在细胞周围的原始位置，从而提高了细胞的活性和细胞的再黏附［55］。LCST型聚合物作为组织工程的支架材料，为细胞的生长提供充足的养料和适宜的增殖环境。Lin等［56］使用PNIPAM接枝聚二甲基硅氧烷［poly（dimethylsiloxane），PDMS］合成了温敏性基材PNIPAM-PDMS，可用于细胞黏附生长和增殖。在PNIPAM-PDMS基材表面PNIPAM的疏水性支持着细胞在37 ℃下生长，冷却到20 ℃后，PNIPAM由疏水性转变为亲水性，PNIPAM-PDMS表面形成水化层，触发了活跃的细胞脱离反应，使细胞层在10 min内从基材上完全脱离。Oroojalian等［57］合成了一种具有生物相容性和可生物降解的温敏性嵌段聚合物PNIPAM-PCL-PEG-PCL-PNIPAM，其LCST为37 ℃。随着温度升高，聚合物溶液由溶液转变为凝胶状态。实验结果表明，这种水凝胶可以为成纤维细胞提供适当的附着和生长表面，并显著提高了I型胶原蛋白（I型胶原的主要成分）和III型胶原RNA的表达，也证实了水凝胶未来在皮肤伤口愈合中的应用潜力，因为纤维状胶原蛋白（I型和III型）是成纤维细胞产生的细胞外基质的重要组成部分。对聚合物进行了降解实验，结果表明，在1个月后聚合物呈现逐渐降解的趋势。因此，这种嵌段聚合物有望作为一种可生物降解支架，用于组织工程中皮肤伤口愈合应用，也可用作持续药物传输系统的可注射载体。Fragal等［58］通过将PNIPAM与聚苯乙烯（polystyrene，PS）共混，采用动态呼吸图法制备了粒径为100~400 nm的温敏性亚微孔薄膜PS/PNIPAM，并将其用做细胞生长的支架。采用不同PNIPAM含量的亚微孔膜作为支架进行细胞培养，结果表明，PNIPAM亚微孔膜使细胞存活率比通常用于细胞培养的对照标本提高9~13倍。图8展示了基于PNIPAM的温敏性亚微孔薄膜作为细胞培养的支架。细胞黏附在PS/PNIPAM薄膜表面，并在37 ℃（LCST以上）条件下快速融合生长。然后，将薄膜转移到20 ℃（LCST以下）的槽中，PNIPAM聚合物链与水分子相互作用并开始溶胀，从而在膜上形成水化层，促进细胞脱离。[ b ][ a ][ d][ c ][Water droplets][PET][PET][PET][PET][37 ℃][20 ℃][PS+PNIPAM][PS+PNIPAM][PS+PNIPAM][PS+PNIPAM]图8 基于PNIPAM的温敏性亚微孔薄膜作为细胞培养的支架［58］Fig. 8 Temperature sensitive microporous membrane based on PNIPAM as scaffold for cell culture［58］Gioffredi等［59］使用了一种可以加热的打印墨盒，并用质量分数为25%的F127溶液填充。利用聚合物的溶液-凝胶相变过程，在溶液温度为4 ℃时，加入细胞，然后将墨盒加热至37 ℃可实现凝胶化，并可打印出具有大孔的稳定支架结构，打印后只需将温度降到其LCST以下即可冲洗掉。实验结果表明，在低温或其他恶劣的条件，细胞沿F127水凝胶支架均匀分布，且具有较高的细胞活性。4 展 望作为温敏聚合物的一种，LCST型聚合物由于具有良好的生物相容性、独特的温敏性且相变温度可调控等优点，越来越受到人们的关注。从最初发现的PNIPAM到现在，LCST型聚合物已经发展出很多种类，在生物医学领域进行了大量研究与探索。然而，尽管LCST型聚合物的研究已经取得了一定的进展，但目前LCST型聚合物也存在一些问题，主要包括以下两点：1）LCST型聚合物的只对温度响应，其功能较为单一，但是环境中的刺激方式多种多样，而且多种刺激方式并存；2）大多数LCST型聚合物都是难以生物降解的，限制了其在生物医学领域的应用。未来LCST型聚合物的发展趋势之一是开发多重响应聚合物，这种聚合物将LCST相变与其他响应相结合，如氧化还原反应、pH变化等，进一步扩大其在生物医学应用的潜力。此外，开发具有生物可降解的新型LCST型聚合物以及其应用将是未来的一个重要研究课题。随着科学技术的不断进步和国内外学者的不懈努力，相信LCST型聚合物会朝着多功能化、生态化、大众化的趋势发展。