仿贻贝水凝胶在组织愈合中的应用研究

手术线缝合和订皮钉固定是外科手术中修复组织损伤的常规方法,但是对于相对脆弱的软组织,使用组织粘合剂是代替常规组织修复的重要方法之一.尽管合成的组织粘合剂已经得到广泛应用,但是仍然存在一些缺点,例如湿润环境中粘合性差和潜在毒性等.纤维蛋白胶具有良好的止血性能,但是存在拉伸性和粘附性差、价格昂贵等缺点.仿生粘合剂作为组织粘附剂、止血剂或密封剂在临床手术中应用广泛.然而,在组织创伤的修复应用中,发展耐水粘附、具有生物相容性,多功能一体化的医用粘合剂是近年来研究的热点和难点.自从Messersmith课题组报道了受贻贝启发的多功能聚多巴胺涂层以来,含有酚羟基的材料由于其抗氧化、抗菌消炎等功效,被广泛地应用于医学、食品、化妆品和水处理等领域.仿贻贝水凝胶具有优异的组织粘附性、止血抑菌性、生物安全性和可塑性,是理想的医用粘合剂材料.概述了多酚-合成高分子水凝胶、多酚-生物大分子水凝胶、多酚-无机纳米材料复合水凝胶以及聚多巴胺纳米颗粒复合水凝胶在组织粘附、止血抑菌等方面的研究进展和在组织愈合中的应用探索.总结了多酚水凝胶作为医用组织粘附剂、止血剂、密封剂仍需解决的关键问题,并对此领域的发展趋势进行了展望,有助于推动仿贻贝水凝胶作为新兴生物粘合剂在医学领域中的应用.     

有机/聚合物光探测器在医疗健康领域中的应用

有机/聚合物光探测器因其具有响应光谱大范围可调、可制备柔性化器件以及可溶液加工等优势,受到研究人员的广泛关注.随着近年来有机/聚合物光电材料体系的迅速发展,有机/聚合物光探测器的各项性能指标已经可以与商业化硅基光探测器媲美,甚至在短波红外光区的响应性能已经超越硅基光探测器,这使其显示出巨大的应用潜力.特别是在医疗健康领域中,具有轻、薄、柔性等优势的有机/聚合物光探测器受到了广泛的关注,为新型便携式健康监测设备的发展提供了新的技术可能.本文围绕有机/聚合物光探测器,综述了近年来有机/聚合物光探测器在医疗健康领域中的研究进展,并对与之相关的应用原理进行了分析与讨论,最后指出了有机/聚合物光探测器在医疗健康领域中的发展潜力,展望了其未来的发展.     

气体信号分子响应性高分子的合成及其应用

响应性高分子因其在纳米医药、检测诊断、组织工程等领域的应用受到了广泛关注。一氧化氮、一氧化碳和硫化氢等广泛存在于生物有机体中并对生理和病理过程具有重要调节作用,因此,能够对这些气体信号分子响应的高分子体系具有潜在的生物医用价值。本文简要概述了一氧化氮、一氧化碳和硫化氢等气体信号分子响应性高分子的研究进展,重点关注其设计理念、响应机制以及在荧光成像、药物输运等方面的应用潜能。分析了现有气体响应性高分子体系存在的瓶颈并展望了其发展趋势。     

生物分子响应性高分子材料

在智能高分子材料中,生物分子响应性高分子能够在糖类、多肽和酶等生物分子的刺激下发生宏观性质(如:体积、表面浸润性和硬度等)的大幅转变。生物分子响应性聚合物材料包括水凝胶、共聚物膜等类型,一般通过与生物分子间的氢键、分子间作用力等弱相互作用实现响应过程,在组织工程、功能材料、生物传感、药物可控释放等领域有广泛应用前景,吸引了大量科研人员的关注。与传统外源性刺激(温度、pH、光等)相比,生物分子作为刺激源的智能高分子材料具有更好的靶向性和生物相容性,能满足生物医用材料在人体内的应用,可以作为开发新一代精准药物的靶向释放平台。本文分别对糖类、蛋白、酶和DNA四类生物分子响应性高分子材料的结构设计、响应机制及相关应用进行概述,并对生物分子响应性高分子的发展方向作了展望。     

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。     

共轭聚合物在生物传感与生物医药领域的研究进展

共扼聚合物(CPs)是一类具有离域π-π共轭骨架的高分子材料,在生物医药领域显示了广阔的应用前景.相比于传统的荧光小分子材料,共轭聚合物由于具有优异的光捕获能力、高的单线态氧产率及良好的生物相容性等优势受到了广泛关注.本文从共轭聚合物的结构设计和性能调控的角度出发,重点总结了本课题组近十年来在共轭聚合物的设计合成及其在...     

近红外光伏型有机光探测器研究进展

光探测器是现代科学和工业体系的基础.近红外光伏型有机光探测器因其制造成本低、柔性、质轻和可大面积制备等诸多特性及其在生物成像、质量检测、图像传感、光通信和夜间监控等方面的应用而受到广泛关注.由于有机半导体材料高度可调的光学和电学特性,已经实现了窄带、低噪声、可见-近红外有机光探测器.近红外光伏型有机光探测器的研究在国内...     

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。     

天然高分子细胞培养基质的研究进展

天然高分子材料如壳聚糖、丝素蛋白和胶原蛋白等具有异体抗原性弱、生物相容性好、可生物降解且能促进细胞粘附、生长和增殖等优点。同人工合成高分子材料相比,天然高分子几乎不含有机溶剂和引发剂等物质,生物安全性高,是细胞培养基质的首选原材料。近年来,随着生物科技的发展,其新功能也不断被发现并受到学术界的广泛重视。本文综述了天然多糖类和天然蛋白质类高分子材料的理化性质及在细胞培养基质领域中的应用,对目前所存在的一些问题进行了描述并预测其发展动向。     

单原子材料在电化学生物传感中的研究进展

电化学传感器具有响应速度快、 专一性强及准确性高等特点, 已成为生物传感快速检测的重要发展方向之一, 但目前难以达到对单个生物分子的检测水平, 这主要受限于作为核心部件的探针材料. 单原子材料由于其简单明确的原子局域结构, 且具有媲美于生物酶的统一活性位点, 是一种极具潜力的探针材料, 因此受到了广泛关注. 本文综合评述了具有均一局域配位环境的单原子材料的合成, 以及其在电化学生物传感中的应用, 并对单原子材料在未来电化学生物传感中面临的挑战和机遇进行了展望.     

金属配合物在双光子荧光探针中的应用研究

金属配合物因其优异的光物理性质,如配位结构可调、好的光稳定性、大的斯托克位移、高的荧光量子产率与长的荧光寿命等, 在生物成像、分子探针、医学影像等领域中备受关注。与单光子吸收相比,双光子吸收的金属配合物因其具有更加优秀的深度分辨率以及低光损伤性等优点,近些年被广泛应用于生物分子的荧光探针和细胞器染料等。本文综述了近年来具有双光子吸收的金属配合物对生物分子(如pH、O₂、HClO、NO、SO₂、GSH、DNA等)的响应检测用于疾病的诊断,以及作为细胞器(如线粒体、溶酶体、脂滴、细胞核等)染料探针用于细胞内动态行为和演化过程的实时示踪研究。最后,针对金属配合物在生物分子探针以及细胞器染料等方面的应用前景进行了分析和探讨。     

含儿茶酚基团的湿态组织粘附水凝胶

湿态粘附作用对于生命的孕育和发展具有重要意义。水凝胶是一类兼具固液特性的智能材料，组织粘附水凝胶因多功能性和生物相容性而被广泛应用于伤口闭合和修复、细胞工程、组织工程等领域。然而，湿态组织表面的水合层阻碍了组织粘附水凝胶与组织表面形成界面粘附键。面对这一挑战，受海洋贻贝足丝蛋白中DOPA的儿茶酚基团是水下粘附的关键结构的启发，含儿茶酚基团的湿态组织粘附水凝胶的研究引起了广泛关注。本综述介绍了贻贝足丝蛋白(Mfps)的结构及湿态粘附机理，并将儿茶酚衍生物分为天然Mfps或利用基因工程合成的Mfps、含儿茶酚基团的小分子化合物、儿茶酚基团改性的天然高分子以及含儿茶酚基团的合成功能高分子；随后，概述近十年含儿茶酚基团的湿态组织粘附水凝胶在组织创口修复材料、生物涂层材料、靶向型药物输送材料、生物电子设备材料的研究进展；文末，展望了此类水凝胶材料未来发展面临的机遇和挑战。     

多巴胺基水下粘合剂在生物医学领域的研究进展

面对体内的复杂环境，传统医用粘合剂缺乏优异的组织粘附性能。贻贝启发的粘合剂凭借优异的水下粘附能力，在生物医用领域的应用备受关注。多巴胺与贻贝蛋白中的邻苯二酚具有相似的结构和性能，通过引入多巴胺而制备的粘合剂被广泛研究。首先，多巴胺基粘合剂中的高活性酚羟基凭借共价或非共价的相互作用，在生物组织表面可以实现稳定粘附；其次，高活性酚羟基还可以赋予粘合剂优越的细胞亲和力和细胞粘附性。多巴胺基粘合剂可以实现在水环境下粘附性能的保持，并且具有生物相容性、细胞粘附性等特性。由此可见，多巴胺的引入为组织粘合剂提供了更加广阔的空间和巨大的发展潜力。本文综述了多巴胺基粘合剂在生物医学领域的最新研究进展。根据引入多巴胺的方式，从超支化聚合物的功能化和线形聚合功能性小分子两个方向分析其结构设计、粘附强度的影响因素；最后讨论了多巴胺基粘合剂目前存在的问题以及未来的发展前景。     

刺激响应型树状分子凝胶的研究进展※

近年来, 刺激响应型超分子凝胶作为一类智能软物质材料, 在离子识别材料、自修复材料、生物材料和药物缓释等领域展现出了非常好的应用前景, 受到人们广泛关注. 树状分子是一类具有高度支化结构的大分子, 其形成的凝胶兼具有机小分子凝胶和聚合物凝胶的双重优点, 树状分子丰富的多层次支化几何结构有利于修饰不同功能基团, 从而确保各功能基团彼此独立作用而不相互干扰, 这种特性使其在构筑多功能化凝胶材料, 尤其是多重环境刺激响应型凝胶材料方面具有独特优势. 基于此, 本综述从树状分子凝胶因子设计、成凝胶机理、响应性能和响应机理等方面详细归纳了刺激响应型树状分子凝胶的研究进展. 按照刺激源不同, 主要从光响应型、氧化还原响应型、离子响应型、触变响应型和多重响应型五个方面对刺激响应树状分子凝胶进行了系统归纳总结. 最后, 基于目前刺激响应树状分子凝胶存在的一些问题对该领域未来发展进行了展望.     

贻贝启发的抗菌骨粘合剂的制备与性能北大核心CSCD

骨粘合剂因其快速且稳定的骨粘结性能而受到广泛关注。然而,商用粘合剂的较差生物相容性所导致的不良反应限制了其广泛使用。基于贻贝粘附剂的启发,利用氧化透明质酸(OHA)、单宁酸(TA)与聚赖氨酸(PL)三者共混制备了一种生物相容性良好的双交联网络抗菌骨粘合剂。该粘合剂的粘合粘结强度~450 kPa,搭接粘结强度为~250 kPa,其优异的粘附性能,自愈合性与可注射性可以满足多种临床应用场景,其良好的体外生物相容性为骨细胞增殖和组织愈合提供了稳定的生长环境。此外,单宁酸的抗菌性能使该粘合剂可杀死95%以上的金黄葡萄球菌与大肠杆菌,降低了骨折处发生细菌感染的风险。     

近红外光响应液晶弹性体

刺激-响应液晶弹性体是一类新兴的智能聚合物材料,其在外界刺激(热、光、电、磁场等)下会产生大尺寸的可逆形变,因此具有广阔的应用前景。由于单轴取向的液晶基元的微观顺序或分子结构的变化,整个液晶弹性体材料在液晶相向各向同性相转变过程中可以发生非常大的可逆宏观形变。其中,由于近红外光的强穿透力和对生物组织的低毒性,近红外光响应液晶弹性体受到了科学家们的广泛关注。近红外光响应液晶弹性的变形机制主要分为两大类。一种是通过掺杂无机或有机上转换材料将近红外光转化为低波长的光,激发偶氮苯发生顺反异构化。另一种近红外光响应液晶弹性体利用导热填料的光热效应将光转化为热,从而进一步诱导液晶相向各向同性相转变,从而使液晶弹性体材料发生形变。这些优点使近红外光响应液晶弹性体具有潜在的应用价值,如驱动器、人造器官、智能表面和微型机器人等。本文综述了近红外激光响应材料的研究进展,详细介绍了近红外光响应材料的主要变形机理及其应用,并对近红外光响应液晶弹性体和软驱动器的发展前景进行了展望。     

光响应性微凝胶的分子设计和智能材料构筑

微凝胶能够在外界刺激下改变自身尺寸,是一类重要的智能材料构筑基元。光刺激具有可远程控制、能快速切换等特点,在刺激响应性材料的设计中受到了广泛关注。将光刺激响应性基元引入到微凝胶体系,可以得到一系列具有重要应用前景的智能材料。本文综述了近年来光响应微凝胶的研究进展,总结了赋予微凝胶光响应性的四种分子设计,包括光致异构化型、光致生热型、光致(解)交联型、光致生酸型;介绍了光响应微凝胶在调光材料、药物控释、信息显示和自修复凝胶等领域的应用;展望了该领域的研究方向、发展和应用前景。     

仿生天然高分子水凝胶在医用材料方面的应用

天然高分子水凝胶具有高度水合的三维网络结构,显示出独特的粘附性,能有效地控制出血,减少二次感染,且生物相容性和生物降解性好,是一种理想的医用粘合剂材料。近年来,鉴于目前医用粘合剂研发制备中对水下湿粘性以及生物降解性能等要求越来越严格,具有耐水粘附性、生物安全性和形状可控性的新型粘附材料成为研究的热点和难点。自然界生物对各种基质的粘附性主要取决于其组成或结构,利用天然高分子水凝胶材料进行仿生,可以使其兼具优异的组织粘附性、止血抑菌性和形状可控性等特性,是解决上述问题的有效策略。本文概述了两种类型的仿生天然高分子水凝胶材料粘附机制,针对性地讨论了贻贝、藤壶、牡蛎的组成特性和咸水鱼、细胞外基质(extracellular matrix)的结构特点以及粘附机理,并介绍了相应仿生天然高分子水凝胶材料在组织愈合、伤口止血及药物递送方面的研究进展。最后,对仿生天然高分子水凝胶在未来的发展方向进行展望并为其提供相应的建议。     

一些层状纳米复合材料的制备和应用

无机层状化合物因其层间离子的可交换性而受到人们广泛的关注,通过功能性客体分子的插层,所得层状纳米复合材料具有独特的物理与化学性质,在催化、医药、电化学和生物传感、离子交换和吸附以及光学等方面具有广泛而重要的应用,已成为当前材料研究领域中的前沿和热点。本文主要综述了近年来有关层状纳米复合材料的制备和应用的最新研究进展。     

水下超疏油仿生特殊粘附界面材料的研究进展

水下超疏油表面由于在防污材料、微流控技术、生物粘附等方面具有广泛的应用前景,已经引起人们的普遍关注。本文简单介绍了浸润性在液相体系的相关概念及基础理论,综述了自然界中的水下超疏油低粘附生物体典型实例以及水下超疏油仿生特殊粘附界面材料的仿生制备和智能调控,并对水下超疏油仿生界面材料的发展进行了展望。