胱氨酸基聚氨基酸纳米材料的可控合成及其生物医学应用

聚氨基酸是一类以氨基酸及其衍生物为结构单元的高分子.鉴于其多样性的结构单元、优异的生物安全性、便利的修饰性、敏感的生物响应性和独特的二级结构等优异的性能,聚氨基酸在生物医学领域的应用具有显著的优势.胱氨酸是半胱氨酸通过二硫键连接的二聚体,可以通过环化反应合成为双官能化的胱氨酸N-内羧酸酐(Cys~2NCA)单体.通过Cys~2NCA与单官能化的氨基酸N-内羧酸酐单体的开环聚合反应,可以可控合成一系列二硫键交联的具有多样性的化学结构、可调的粒径、优异的稳定性和敏感的生物响应性的聚氨基酸纳米材料,从而实现成像剂、生物活性分子等的可控递送.本文基于本课题组的研究工作综述了单组分、双组分和多组分胱氨酸基聚氨基酸纳米材料的研究进展,并展望了其在临床应用中的机遇与挑战以及新的生物医学应用领域.     

纳米复合水凝胶体系的设计合成与结构功能一体化构筑

纳米复合水凝胶(NC-Gels)因兼具有机相及无机相的优点,且具有独特的结构特征和理化性能,近年来已成为水凝胶领域的研究重点,在智能器件、生物医药、组织工程等领域有着广泛的应用前景.基于有机/无机杂化原理,通过交联点的结构与功能性设计和凝胶网络的可控构筑,获得了一系列力学性能优异并具有多重响应甚至智能化响应的NC-Gels,并提出了以有机微球或功能化杂化微球分别为交联点构建纳米复合水凝胶(OC-Gels)和杂化水凝胶(H-Gels)的新方法,探索了其在生物医学和智能传感领域等的初步应用.     

介孔二氧化硅基智能递送体系的构建及其在各类疾病治疗中的应用

利用先进纳米技术开发的药物递送体系能够改善药物的理化性质和治疗效果,同时削弱其毒副作用,因而纳米药物递送体系成为现代药剂学研究的热点和主流方向。其中,介孔二氧化硅作为纳米载体的基质材料具有比表面积大、形貌结构可调、表面易于修饰及生物相容性良好等优点,引发生物医学研究人员的广泛关注,为构筑新型智能药物递送体系提供了新的设计思路。本文就介孔二氧化硅基智能递送体系在设计构筑和疾病治疗应用等方面的最新研究进展进行了综述。首先,本文对介孔硅的发展历程、制备方法及结构特性进行了简要概述;其次,从药物装载和门控释放两大角度系统阐述了近些年介孔硅基智能递送体系的构建策略,重点介绍了各种刺激响应性介孔硅基递送体系的门控开关(如聚合物、无机纳米颗粒、超分子组装体及生物大分子等)及其可控释放机制;随后,详细描述了介孔硅基控释体系在各种类型疾病(包括癌症、细菌感染、糖尿病和阿尔茨海默病等)治疗中的应用进展;最后,总结和分析了介孔硅基智能纳米载体研究中存在的问题并对其未来发展作了展望。     

PNIPAM温敏微凝胶在生物医学领域中的应用研究

水凝胶因其良好的生物相容性及环境刺激响应性而在生物医学领域有着广泛的用途,但仍存在机械强度差、响应速度慢、不能生物降解等缺点。针对这些问题,特别是宏观水凝胶响应慢的问题,我们近年来以具有温度敏感性的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)微凝胶为基础,设计制备了一系列生物材料,分别应用于药物控释、生物传感以及组织工程等生物医学领域。我们设计制备了具有良好葡萄糖敏感性的PNIPAM微凝胶,实现了可自我调控的胰岛素可控释放。以PNIPAM微凝胶为基础,提出了新的聚合胶态晶体阵列光学传感方法,设计制备了多种可快速响应的新型生物光学传感器。实现了PNIPAM微凝胶的实时凝胶化,并将其发展成为一种新型的可注射细胞支架材料。进一步利用该体系的可逆性,提出了制备在药物筛选、肿瘤研究以及组织工程等领域有重要用途的多细胞球的新方法。     

细胞膜修饰的纳米载体与肿瘤免疫治疗

纳米载体由于其纳米尺度带来的独特生物功能性,可通过特定设计在生物体内靶向递送各类抗肿瘤药物,具有广泛而重要的应用前景。自肿瘤免疫疗法问世之后,各类纳米载体与肿瘤免疫治疗相结合,逐渐成为提升肿瘤免疫治疗效果的重要手段之一。其中,细胞膜修饰的纳米载体作为一类新型仿生药物载体平台,可使纳米载体获得天然细胞膜的伪装修饰,将细胞膜的特定功能与生物特性转移至纳米载体,使其具有更强的抗免疫清除、血液长循环和肿瘤靶向等特性,同时降低纳米递送系统的免疫原性和细胞毒性,在生物医学应用领域尤其是肿瘤免疫治疗中可发挥更大的作用。本文通过结合免疫治疗的机理,对近年来各种细胞膜修饰纳米载体系统的制备方法、作用机制以及在肿瘤免疫治疗中的应用研究进行综述,并在此基础上对未来的相关探索做出了展望。     

生物黏合水凝胶研究进展

近年来,水凝胶在组织工程支架、伤口敷料和药物递送系统等生物医学领域得到广泛应用。其中,生物黏合水凝胶因具有良好的黏合强度和优异的生物相容性,并且可以替代传统的手术缝合用于止血及伤口处理而备受关注。本文在已有工作的基础上系统地概述了生物黏合水凝胶的制备方法,并详细地讨论了各种水凝胶的黏合机理。此外,总结了生物黏合水凝胶在生物医学中的应用,并展望了性能优异的生物黏合水凝胶的开发思路。     

磁应答型药物递送载体的设计与构建

复合磁性生物材料的发展和应用已引起生物医学领域的极大关注。磁性纳米粒子因其易功能化而具有靶向药物传递、可控药物释放及磁成像特性逐渐成为药物传递和新型诊疗领域最有前途的材料之一。基于磁性纳米粒子或掺杂的铁氧化物构建的远程触发磁性载药递送系统,有望实现在运输过程中携载药物不泄露的情况下,提高药物递送效率且对病灶周围的健康细胞无毒或低毒性。为构建理想的可控靶向磁性药物递送系统,多种材料或配体可以与磁性纳米粒子复合来构建更安全有效的磁性药物递送系统。一些生物分子、聚合物及天然产物等通过与磁性纳米粒子相结合,构建出可用于药物传递且具有独特性质的磁性复合新材料。迄今为止,具有磁场应答能力的磁性药物递送载体已经在远程控制药物释放领域得到了长足发展。本文总结了近年来磁性药物递送载体作为远程控制治疗体系在设计与构建上的研究进展。重点关注了磷脂分子、聚合物、多孔微纳米材料以及天然产物等与其构建的复合材料,并对当前磁性复合特定给药载体的优点、局限及发展前景等做了简要阐述。     

双重响应性生物基自修复凝胶的制备及其性能

为拓宽多重响应性凝胶在生物医学领域中的应用,本文基于生物大分子构筑具有pH响应、糖响应性的可自修复性水凝胶。 本文选用3-氨基苯硼酸(APBA)和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(CHGTA)分别对聚谷氨酸(γ-PGA)和瓜尔胶(GG)进行改性制备了聚谷氨酸-g-氨基苯硼酸(γ-PGA-g-APBA)和阳离子瓜尔胶,在此基础上,对γ-PGA-g-APBA和阳离子瓜尔胶进行物理共混制备生物基凝胶。 通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、核磁共振波谱仪(¹H NMR)和流变仪对聚合物化学结构、接枝率、流变性能和力学性能进行表征,并考察了凝胶在不同pH值及糖浓度下刺激响应性。 结果表明,凝胶具有自修复性,修复效率可达100%;具有pH响应性,在环境pH值较高时更易形成凝胶,且凝胶强度随pH值升高而增大;同时所制凝胶具有糖响应性,在4 g/L的葡萄糖溶液中浸泡后即可导致凝胶解体。 这些结果说明功能基团APBA的引入可赋予凝胶多重响应性。 所制的双重响应性生物基凝胶具有良好的生物相容性,有望应用于生物医学、功能器件、传感等领域。     

CS-PMA30水凝胶对考马斯亮蓝控释性能的研究

壳聚糖(CS)是自然界中唯一的聚阳离子碱性多糖,具有良好的组织相容性、生物可降解性、无毒、无刺激、pH响应性等优点,因而在药物控释领域的具有潜在的应用价值。将聚阳离子壳聚糖与聚阴离子甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱-甲基丙烯酸二元共聚物(poly(MPC-co-MA),PMA30)进行静电复合,制备CS-PMA30聚离子水凝胶。以考马斯亮蓝为模型药物,对CS-PMA30水凝胶的控释性能进行研究。结果表明,该CS-PMA30体系是通过静电作用形成的物理交联水凝胶,具有pH响应性,有望在药物控释、组织工程等领域得到广泛应用。     

可控分子组装的自驱动胶体马达及其生物医学应用

人造胶体马达是能够将不同形式的能量转化为流体中机械运动的微纳米机器.自2 0 1 2年以来,将自下而上的可控分子组装与自上而下的方法有效结合已成为可控构筑胶体马达的重要策略之一.基于可控分子组装(如层层组装)的胶体马达具有易于实现规模化制备、能够对外界刺激作出响应、便于实现多功能化等优点.本文综述了通过将各种功能性构筑基元集成到组装结构中进而实现胶体马达的可控构筑、运动控制以及生物医学应用等方面的研究进展.主要介绍了基于不同层层组装结构的气泡驱动马达的可控构筑,基于聚电解质多层膜微胶囊及纳米管的近红外光驱动马达的构筑,生物界面化马达的制备,实现对胶体马达运动速度、方向及状态有效控制的主要方法,以及马达在药物靶向递送、光热治疗和生物毒素清除等生物医学领域中的应用.     

聚氨基酸在材料科学及生物医药中的二级结构效应

聚氨基酸不仅具有优异的生物相容性和生物可降解性,其类似于蛋白质的二级结构(α-螺旋、β-折叠、无规卷曲)及二级结构的响应性转变赋予了聚氨基酸不同于常规聚合物的特殊功能,在材料及生物医药领域具有重要应用。本文简要概述了本课题组近年来围绕聚氨基酸二级结构在聚合物防污涂层、纳米颗粒-细胞膜相互作用以及蛋白质改性研究中的新进展,并对聚氨基酸二级结构未来的发展方向进行了简要的展望。     

基于多肽的纳米药物递送系统的研究

构建纳米药物递送系统改善药物的理化性质和生物学性质已经成为现代药物设计研究的热点和重要方向。其中,多肽作为新兴的纳米药物的构筑基元具有良好生物相容性、自组装性与化学可变性等性质,激起了广泛的研究兴趣,为构建新型纳米递送系统提供了崭新的研究方向。本文阐述了自组装多肽在疏水作用、氢键、静电作用、π-π堆积等非共价作用力的综合作用下构建胶束、囊泡、球、纤维等不同形貌的纳米材料;进一步介绍了多肽药物结合物的基本概念以及高载药量、高生物利用度的优势,总结了近年来基于功能性多肽构建纳米药物递送系统的研究;重点介绍了近五年来报道的具有自组装性、增强溶解性、长效性、靶向性、刺激响应性、细胞跨膜性等多种功能的智能多肽纳米药物递送系统。     

刺激响应脂质体及其在控制释药中的应用

刺激响应型纳米药物递送系统是一种功能性纳米给药系统.刺激响应脂质体不仅提供定位化学治疗,而且还具有控制释放药物的潜能,因此对于实施控制治疗肿瘤具有重要意义.当脂质体在特殊环境(包括热、光、磁和p H等)刺激下,可通过载体微观结构发生变化释放药物.刺激响应脂质体的优势是可减少或避免药物过早释放,提高靶向部位的释药效率.本文介绍了刺激响应脂质体的结构、特性和功能,分别综述了热、光、磁、p H刺激响应和p H-温度双刺激响应脂质体的特性,并讨论了刺激释药的机制.     

聚合物微凝胶研究进展

微凝胶是一种具有交联网络结构的聚合物胶体粒子,处于良好溶剂中的刺激响应型微凝胶会受某些外界环境的刺激,产生溶胀-消溶胀响应行为,具有快速、可逆的相变特性和较好的生物相容性。本文综述了近年来国内外微凝胶的研究现状,介绍了互穿网络型、核-壳型和含有纳米粒子的复合型微凝胶的结构、特性和制备方法,阐述了微凝胶在药物控制释放、催化反应体系、生物传感器等方面的应用,探讨了聚合物微凝胶领域的研究前景和所面临的问题。     

聚合物纳米药物载体的研究进展

近年来, 大量研究结果表明纳米技术可显著提高传统药物的疾病治疗效果, 并在生物医学领域引起了广泛关注. 迄今, 多种聚合物纳米体系已被研发并用于药物的靶向递送. 随着纳米技术的不断发展, 各类生物微环境响应的功能基团也被应用于构筑新型药物载体, 以提高患病部位的药物富集及减少药物的毒副作用. 聚合物纳米药物载体在癌症治疗、 代谢类疾病治疗及抗菌等方面展现出巨大潜力. 本文系统评述了聚合物纳米药物载体的最新研究进展及在生物医药方面的应用.     

DNA水凝胶的制备及生物应用

DNA具有良好的生物相容性、生物可降解性、分子识别特性、纳米尺寸可控及特异编码等特性。近年来,DNA扮演了多种角色,不仅仅是作为生物体系的遗传物质,同样作为生物材料被用于纳米结构的构建。DNA水凝胶既保持了DNA本来的生物特性又兼具普通凝胶的特性,比如形状可塑性、一定的机械强度、输送物质等特性。DNA水凝胶按照凝胶形成化学键的类型可以分为共价键形成的化学凝胶和非共价键形成的物理凝胶; DNA水凝胶中可以引入特异性响应不同刺激的基团或者序列,从而实现对不同刺激的灵敏性响应进而拓宽DNA水凝胶的应用范围。按照刺激响应性分类可分为pH敏感型、光敏感型、温度敏感型和小分子敏感型等水凝胶。DNA水凝胶的这些特有的性质很好地将DNA纳米技术和生物技术连接起来,为其应用提供了广阔的前景。DNA水凝胶作为一种具有智能响应的材料也越来越多地被应用到生物传感、药物输送、三维细胞培养等方面。本文主要综述了DNA 水凝胶的分类以及近几年来DNA水凝胶中的不同刺激响应型DNA水凝胶的制备及其生物应用,最后对其以后的研究前景进行了展望。     

基于G-四联体的聚多肽-DNA水凝胶响应性研究

利用铜催化的点击反应合成了侧链接枝DNA的聚多肽, 基于DNA自组装的理念, 将含有两段鸟嘌呤(G)的序列引入到体系中, 结合G-四联体在钾离子存在的情况下能够形成分子间四链结构的特性, 获得了具有热响应和离子响应性的聚多肽-DNA超分子水凝胶. 此凝胶制备过程具有原位、快速等特点, 构筑基元具有可设计的响应性和良好的生物相容性. 综合以上特点, 此超分子水凝胶在组织工程和三维生物打印等领域具有潜在的应用.     

甲基丙烯酰胺基明胶水凝胶研究进展

甲基丙烯酰胺基明胶(GelMA)水凝胶的制备及其在生物医学领域的应用是最近十几年的研究热点。GelMA水凝胶因其独特的光致交联特性,可以加工成不同形貌的水凝胶支架材料,同时,因其具有可控的力学性能、降解性能,以及优秀的生物相容性,已成为具有广泛应用前景的生物高分子聚合物材料。本文主要介绍了GelMA水凝胶在止血材料、创伤敷料、组织工程支架、药物控释、骨缺损修复等领域的研究进展。     

光响应Janus粒子体系的构建与应用

Janus粒子通常由两种或两种以上不同物理或化学性质的部分组成,其结构的不对称性导致了粒子形貌和性质具有不对称性。与“静态”Janus粒子相比,具有刺激响应性的“动态”Janus粒子能够与环境发生相互作用,在外界刺激下表达特殊功能。光响应Janus粒子是一类可以在光刺激下发生特定响应的Janus粒子,其两侧不同的组成不仅可以结合多种类型的光响应性,也能与其他类型的刺激响应进行配合,从而实现对特定体系的精确调控。由于光能易于调节的特性,光响应Janus粒子可以与无机纳米团簇或有机官能团产生特定反应,具有光热效应、色彩调节、光动力治疗等独特特性。它们还可以应用于药物递送、生物传感与成像、微纳米马达和光致发光等领域,为解决生物医学和光学器件相关的问题提供了新的方法。本文主要介绍光响应Janus粒子近期发展的制备方法,并着重阐述其独特调控机理以及其在生物医药、发光材料等领域的突出应用,最后对目前该领域的发展前景做出展望。     

可注射水凝胶及其在再生医学领域的应用

近年来,由工程生物材料制成的可注射治疗剂正变得越来越流行,并推动传统的临床实践走向微创化.可注射水凝胶由于其可调控的物理及化学特性、可控的降解性能、高含水量以及在微创方式下实现递送的能力,在组织工程和药物递送领域中变得越来越重要.研究者们已开发出例如原位交联水凝胶、大孔水凝胶、水凝胶微粒、动态交联水凝胶等一系列性能独特的可注射水凝胶.通过调控水凝胶的固含量和交联密度,并引入适当的共价或非共价相互作用,例如静电相互作用、疏水相互作用等,这些水凝胶可在注射过程中实现生物活性分子的递送.同时,可注射水凝胶亦可用于细胞的递送,提供细胞培养所需的三维环境,并通过调控力学性能、化学修饰、生物功能化修饰等手段调控细胞黏附、增殖、分化等行为.本文旨在回顾近年来可注射水凝胶的设计和制备的相关进展,以及其在再生医学中的应用,并对该领域存在的挑战和潜力进行了展望.