层层自组装技术在生物医用材料领域中的应用研究进展

基于聚电解质阴阳离子交替组装的层层自组装技术由于可在温和的条件下实现多种生物大分子在材料表面的固定,并通过对组装条件的控制实现多种生物功能,已成为生物医用材料表面设计的重要手段。本文对层层自组装技术在构建血液相容性界面、组织工程表面、药物控释涂层等生物医用材料领域的应用研究进行了比较系统的阐述。     

生物医用材料表面光引发活性接枝聚合研究新进展

表面接枝聚合改性已经成为提升生物医用材料性能的最重要方法之一.参比其他活性接枝聚合方法,光引发活性接枝聚合因其独特的优势已被越来越广泛地应用于生物医用材料表面改性.根据光引发剂的类型,目前应用最多的光引发活性接枝聚合的引发体系主要有3种:光引发-转移-终止剂介导的聚合引发体系、二苯甲酮及其衍生物引发体系、硫杂蒽酮类引发体系.本文首先简要介绍了上述3种光引发活性接枝聚合体系的发展历程、接枝机理以及特点.同时结合本课题组相关研究工作,重点论述了光引发接枝聚合技术在3个不同生物医用领域的主要应用:(1)抗菌表面,利用光活性接枝的特点构建层状功能高分子刷,实现表面抗菌功能的阶段性需求.(2)免疫检测表面,使用光活性接枝方法构建层状功能高分子刷,解决检测灵敏度低以及蛋白干扰问题.(3)生物活性分子表面固定,利用可见光活性接枝聚合体系,实现酶在表面的固定化使用以及细胞表面修饰以提高细胞稳定性.最后展望了生物医用材料表面光引发活性接枝聚合研究的发展趋势.     

表面抗菌功能涂层的构建及在生物医用材料中的应用研究

近年来,生物医用材料在使用过程中产生的医源性感染问题层出不穷,对人们健康和生命造成严重威胁.表面抗菌涂层构建是解决该类医源性感染问题最有效的策略之一.目前,按照作用机制和功能不同将表面抗菌涂层分为接触式抗菌涂层、抗黏附抑菌涂层、抗黏附杀菌涂层以及智能抗菌涂层.表面抗菌涂层的构建不仅赋予了生物医用材料抗菌性能,有效解决了上述医源性感染问题,还可以提高材料的生物相容性,赋予其抗黏附、抗氧化、生物识别、传感等功能.本文旨在对目前表面抗菌涂层的种类、构建方法以及其在生物医用材料领域中的应用做一全面论述,为进一步开发高性能表面抗菌涂层并扩展其应用提供新思路.     

层状组装：先进药物控释涂层材料的新选择*

先进的药物控释体系和医用植入体是生物医用材料研究的重要内容,将两者有机结合构成的结合装置为采用药物控释的手段有效解决医用植入体面临的挑战,提升医用植入体的功能提供了新的可能。基于静电交替组装的层层组装技术具有操作简单,涂层组成、厚度可控,适用组装分子和组装基材种类广泛,利于保持药物活性等一系列优点,已成为先进药物控释涂层材料的新选择。本文从层状组装多层膜构建原位药物控释涂层的方法研究,对药物释放的调控和功能药物涂层研究三个方面对这一技术在该领域的应用进行了简要介绍。系统总结了层状组装作为先进药物控释涂层材料的优势。并针对将药物控释与医用植入体有机结合的要求,对现有层状组装涂层方法的不足和今后发展的方向进行了论述。     

医用高分子材料抗凝血表面构建策略及研究进展

医用高分子材料及医疗器械主要用于疾病的诊断和治疗。此种材料/器械在植/介入人体与血液接触时,血浆蛋白会在几秒钟内吸附到材料/器械表面,并与血小板上的糖蛋白受体结合,导致血小板活化、凝血级联以及补体激活,形成凝血及血栓,严重危及病人的健康及生命安全。为了赋予材料/器械表面抗凝血性能,需有针对性地进行抗凝血表面构建,其方法主要为:生物惰性涂层、生物活性涂层、具有内皮(EC)特异性生长因子的表面涂层和复合抗凝涂层。本文结合国内外该领域研究动态及本课题组近年来在医用高分子材料及医疗器械抗凝血表面构建的研究成果,概述了抗凝血表面构建及其在医疗器械中应用的研究进展。     

生物大分子层层组装:从生物分子的固定,界面控释到细胞外基质模拟

随着超分子科学、界面科学方法技术与生物医用材料科学的交叉与渗透,生物大分子层层组装已成为生物医用材料界面设计和制备的重要方法.本论文从采用生物大分子层层组装进行生物活性分子固定、界面控释涂层构建到细胞外基质结构功能模拟3个相互关联的研究视角,结合该领域国内外和本课题组的研究成果,对该领域的研究进展进行了综述,并对生物大分子层层组装作为一种生物医用材料界面设计制备新方法的未来进行了展望.     

基于贻贝仿生化学的分离功能材料

贻贝仿生的表面化学是近年来材料学、化学、生物医学等领域的交叉研究热点。多巴胺可以作为贻贝足丝蛋白(Mfp)超强黏附特性的模型分子,通过复杂的氧化-自聚和组装,形成多种功能的聚多巴胺(PDA)纳米涂层和纳米粒子,在分离膜、吸附材料、生物医用材料、生物黏结剂等领域有着广阔的应用前景。本研究小组近年来持续开展了基于贻贝仿生化学的分离功能材料制备与结构调控的研究工作,率先将多巴胺表面沉积方法应用于多孔分离膜表面的构建与功能化,提出了多巴胺的自聚-沉积过程模型,进而验证了PDA沉积层的纳滤分离特性,建立了一条简单方便的膜表面功能化与纳滤膜制备新途径。本文主要对基于贻贝仿生化学的分离功能材料,特别是分离膜的研究进展进行综述,并对将来的发展趋势进行展望。     

基于蛋白质类淀粉样聚集的表面功能化

表面改性在各个领域都扮演着重要的角色,其在不改变材料本身性质的前提下,赋予材料新的性能和更高的价值.然而制约先进界面材料进一步应用发展的一个关键难题为缺少一种简单温和、高效环保和无色透明的普适性界面改性体系.自类淀粉样蛋白质用于界面改性被报道以来,该体系引起了学术界的广泛关注和研究,一系列不同形态结构的蛋白质基材料如纳米薄膜、纳米纤维、大颗粒聚集体(产物)、水凝胶及气凝胶等被成功发展.本综述首先阐述了蛋白质类淀粉样聚集的基本原理,然后总结了蛋白质类淀粉样聚集作为表面改性体系在生物医用涂层、分离/透析、生物矿化、柔性电子、智能织物、化学催化和环境污染物去除等方向的应用,最后指出该体系存在的不足并对未来发展方向进行了展望.     

高分子的表面化学组成与生物相容性

生物相容性是高分子材料在临床上用作医用装置的基本要求，改变高分子材料的表面化学组成是提高其生物相容性的重要途径。综述了构建表面化学组成改性高分子材料生物相容性的最新研究进展，并对改善高分子材料生物相容性的研究方法提出了一些看法。     

亚表面引发原子转移自由基聚合制备牢固的嵌入式聚合物刷

本文展示了一种新的材料表面改性方法:原子转移自由基聚合(sSI-ATRP)的亚表面修饰,即通过ATRP反应在聚合物材料界面嵌入聚合物刷,构筑稳定的、厚的聚合物亚表面层.首先,将ATRP引发剂分子通过共价键引入到丙烯酸树脂、聚氨酯、聚酯、环氧树脂等聚合物材料中,然后该基底材料在含有催化剂的单体溶液中引发表面原子转移自由基聚合.表面接枝的亲水聚合物刷使材料的表面变得亲水并发生溶胀,使得单体溶液可以进一步接触到材料内部的引发剂而引发新的ATRP反应,该过程不断重复,最后在基材表面上形成几十微米厚的聚合物刷改性的亚表面层.与传统的表面接枝的聚合物刷相比,这种嵌入式的聚合物刷赋予材料表面改性层更好的机械性能,可承受高载摩擦和更好的抗海生物附着特性,且在改性亚表面层破坏后,不需要引发剂修饰组装而再次重复引发聚合改性.     

生物大分子自组装膜及其应用研究进展

本文主要介绍了酶，蛋白质、DNA等生物大分子自组装膜的研究进展，并对生物大分子膜在生物传感器，分子器件，高效催化材料，医用生物材料等方面的应用前景进行了展望。     

抗植入式高分子医用材料感染的研究进展

植入式高分子医用材料表面会粘附细菌形成生物膜引发生物材料相关的感染(BRI),给高分子医用材料的广泛应用提出了重大挑战.本文从BRI发生的机制入手,综述了通过高分子医用材料表面改性减少细菌粘附与使用抗菌素-生物材料体系两个方面来抵抗BRI发生的研究进展,重点阐述了局部抗菌药物缓释体系及纳米技术在抗菌药物缓释体系中的应用,并指出高分子前药控释体系的研究和应用是抗高分子医用材料感染的发展趋势.     

环境响应性多肽自组装研究进展

分子自组装广泛存在于自然界中,参与生物体的各项生命活动,从而确保生物体相关生理功能的实现和生化反应的有序进行.多肽自组装作为分子自组装的重要组成部分,其良好的生物相容性为构建具有重要应用价值的生物医用材料提供了新的思路.本文总结了多肽自组装过程中主要的驱动作用力;简述了多肽自组装形成的主要结构;详细介绍了自组装过程中环境变化,包括pH、温度、离子强度、特殊离子、氧化还原态以及光照等,对于环境响应性多肽自组装结构和性质的影响;并且阐述了多肽自组装生物材料的应用方向和前景,希望为该领域的进一步研究提供参考.     

纳米生物传感器探针材料：合成、组装及应用

生物传感器因选择性高、分析速度快、准确度高等特点,在生物医学、环境监测及食品安全等领域应用广泛.纳米探针材料是生物传感器中的核心部件,对检测信号的输出和放大,起到至关重要的作用.本文总结了近十年来本团队利用智能高分子精准调控纳米粒子合成的研究成果,发展了多种生长模式,量身定制出三十多种高效可医用探针材料;通过智能高分子修饰纳米探针表面,实现了不同维度(1D、2D和3D)的宏观可控自组装.最后,基于设计的探针材料及其组装结构,构建了一系列生物传感器,探索了其在食品安全检测和医疗诊断领域的应用.     

层状高分子刷表面及其生物医用

表面改性是赋予生物医用材料表面所需功能和性能的最佳途径之一.高分子刷改性表面具有制备简单、表面化学可控、耐久性和稳定性好等优点,近年来发展迅猛.其中,层状高分子刷表面引起了人们极大的研究兴趣.层状高分子刷将不同接枝链段构建在不同空间层上,不仅接枝链段间密度和功能相互干扰小,而且通过结构和组成设计,协同利用不同高分子刷层在温度、溶剂、pH等外界环境下的响应差异,能获得单层高分子刷很难实现的生物自适应性.本文系统地概述了层状高分子刷的构建方法、表面结构与性能关系,结合本课题组的相关研究工作,综述了层状高分子刷在生物医用领域的研究进展,最后展望了层状高分子刷医用表面的发展前景和趋势.     

有机聚合物材料表面受限光感应C–H键转换反应研究进展

有机聚合物材料普遍具有表面能低和反应惰性的特点,限制了其在光、电、分离、生物医用等高端领域的应用.表面改性是有机高分子材料高性能化的重要手段,其涉及的核心科学问题是表面C–H键的活化/转换化学.光化学反应具有快速高效、化学选择性高、环境友好、可低温反应、时间/空间精确可控等特点,在有机聚合物材料表面改性上具有突出优势.本文介绍了本课题组多年来在有机聚合物材料表面受限光感应C–H键转换反应方面的研究进展,系统介绍了此类反应的机理,以及在生长/固定无机、导电材料、生物分子等方面的应用,并展望了光感应C–H键转换反应今后的发展方向.     

氮杂环高分子化合物的电催化性能进展

介绍了氮杂环高分子配合物及其电催化性能,归纳了含氮杂环高分子配合物的结构类型及其在界面上的自组装过程,分析了氮杂环高分子自组装膜表面化学反应的特性。对自组装技术制备超薄层材料及表面改性技术在分子电子器件等方面的应用作了评述。     

溶液法改性高分子表面技术的研究 (Ⅰ)──改性高分子表面的结构和性质

医用高分子材料的生物相容性问题逐步引起人们的重视［１］．除合成相容性好的材料外,另一个途径是对现有高分子材料进行改性以提高其生物相容性,其中表面改性因其对材料本体的影响小,成为医用高分子材料研究的一个热点．Ｒｕｃｋｅｎｓｔｅｉｎ［２］最早利用溶液法改...     

固体表面分子的自组装结构与调控机制

固体表面有机分子自组装是合成低维超分子材料和对固体表面进行功能化的重要途径.本文主要介绍了利用理论计算与扫描隧道显微镜实验相结合的手段研究固体表面分子自组装机制及结构与物性调控的相关工作.主要聚焦于几种由弱相互作用主导的分子自组装过程,从影响固体表面功能分子自组装过程的基本要素出发,如固体表面性质、功能分子的结构、功能分子间相互作用的类型和强度以及有卤族元素增原子参与的组装等,介绍了这些要素在构筑并调控分子自组装结构中的作用,理解固体表面功能分子自组装结构的调控机制,最后对如何实现分子自组装结构及物性的可控调制进行了展望,为设计新型低维超分子网格结构提供思路.     

γ-PGA-g-β-CD自组装及其医用纳米涂层材料

以生物大分子γ-聚谷氨酸(γ-PGA)、β-环糊精(β-CD)为反应单元,通过酯化反应,制备接枝共聚物(γ-PGA-g-β-CD),用氢核磁共振(1 H-NMR)对共聚物进行结构表征。接着将γ-PGAg-β-CD在选择性溶剂中进行自组装,形成自组装胶束纳米粒子,利用纳米粒度分析仪及原子力显微镜(AFM)对胶束粒子的粒径和形貌进行表征。最后以γ-PGA-g-β-CD自组装胶束粒子溶液为电解液,结合恒电位电沉积技术,在镁合金表面制备γ-PGA-g-β-CD生物纳米涂层材料,利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)及电化学工作站分别对涂层的化学组分、表面形貌以及电化学腐蚀性能进行表征。研究结果显示:β-CD的接枝率为28%,γ-PGA-g-β-CD自组装胶束粒子的流体动力学直径为(168±5.3)nm,所制备的γ-PGA-g-β-CD生物涂层可降低镁合金的腐蚀速率,具有较好的防护作用。