响应性水凝胶及其在生物医药领域应用研究进展

响应性水凝胶又称“智能水凝胶”,是以水凝胶为基础,经修饰响应多种理化性质及微小环境变化,从而改变自身性质的一类水凝胶。 响应性水凝胶目前广泛应用于生物医药领域、材料领域等,如:制备pH响应性水凝胶负载阿霉素(DOX)治疗癌症,温度响应性水凝胶制作3D生物打印材料用于创伤修复,葡萄糖响应性水凝胶治疗糖尿病足等。 本文介绍了响应性水凝胶研究的国内外发展动态,包括响应性水凝胶的制备、修饰方法及其在生物医药领域的应用,并对未来的发展方向进行了讨论与展望。     

刺激响应性水凝胶在肿瘤治疗中的研究进展

恶性肿瘤的治疗在临床中一直备受关注,由于肿瘤细胞的浸润性和顽固性,常规治疗通常会产生严重的毒副作用。相较于全身化疗,局部载药水凝胶的使用显著降低了全身毒性并可实现药物在肿瘤部位的持续递送。此外,经物理掺杂或化学修饰的刺激响应性水凝胶,还可响应环境条件变化(如温度、pH、光等),实现原位交联和药物可控释放,大大提高了临床顺应性和药物递送效率。本综述分类讨论了用于肿瘤治疗的刺激响应性水凝胶的设计策略;汇总了近年来此类水凝胶的研究进展及其药物递送方案;并针对该领域存在的实际问题提出了可能的发展方向。     

智能纳米水凝胶的刺激响应性研究进展

智能纳米水凝胶在药物输送与可控释放、医学诊断、生物传感器、微反应器、催化剂载体等方面有良好的应用前景。结合本课题组近年来的研究成果,分别介绍了具有温度刺激响应性、pH刺激响应性、光刺激响应性、磁场刺激响应性、分子识别刺激响应性和多重刺激响应性智能纳米水凝胶的研究进展。另外,对这几种智能纳米水凝胶目前存在的问题和今后的发展方向提出了一些粗浅的看法。     

响应性凝胶及其在药物控释上的应用

综述近年来在响应性凝胶材料研究方面的进展，介绍了能感应ｐＨ、温度、光、电场以及生化物质等外界因素变化的响应性凝胶的结构特点与响应机理，同时介绍了此类凝胶应用于药物控制释放方面的研究近况。     

pH响应性聚膦腈水凝胶的制备与表征

以N,N-二甲基乙二胺为阳离子型取代基, 甲基丙烯酸羟乙酯或烯丙胺为共取代基, 制备了同时带有pH响应性侧基和不饱和双键侧基的聚膦腈. 该聚合物的结构和组成经¹H NMR和FTIR确认后, 通过自由基引发交联得到聚膦腈凝胶. 凝胶在不同介质中的吸水率测试结果表明, 该阳离子型聚膦腈水凝胶的溶胀行为受聚合物侧基组成、介质pH、离子强度和阴离子价态影响显著, 有望与葡萄糖氧化酶结合后实现对胰岛素的葡萄糖响应释放.     

纳米复合水凝胶的力学行为与刺激响应性

纳米复合水凝胶（nanocomposite hydrogels,NC凝胶）由于其简便的制备方法、独特的组成、优异的力学性能、高光学透明度以及良好的溶胀/去溶胀性等,引起了广泛的关注.近年来,本课题组在NC凝胶的力学行为及刺激响应性NC凝胶的制备方面取得了可喜的研究成果.观察到新合成的和溶胀平衡的聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）-锂藻土LaponiteNC凝胶的超拉伸性,发现了在大应变下的应变硬化现象;发现利用Mooney-Rivlin方程可以描述NC凝胶的压缩应力-应变,但不能描述较大的应变硬化;Creton模型能很好地描述NC凝胶在大形变下的应力-应变曲线,特别是凝胶的应变硬化;从NC凝胶小应变下的平衡剪切模量得到了有效交联密度,观察到NC凝胶形变-回复过程的迟滞现象,测定了NC凝胶的松弛指数.我们认为NC凝胶具有超拉伸性的原因是其较低的交联密度和适度的松弛速率;在响应性NC凝胶的制备方面,发现了溶胶型Laponite的水分散液的稳定窗口,避免了加入离子性单体引起的聚集沉淀;通过共聚制备了具有超拉伸性、pH响应或温度和pH双响应的透明NC凝胶.本文主要综述了我们课题组在NC凝胶力学行为及响应性NC凝胶领域的一些研究进展,并分析了NC凝胶研究领域仍然未解决的科学问题,以及今后可能的发展方向.     

快速响应温敏水凝胶研究进展

温敏水凝胶是一类具有广泛应用前景的高分子材料,但是由于传统方法合成的水凝胶响应速率较慢因而限制了其应用,因此近年来围绕提高传统水凝胶的响应速率做了大量研究工作。本文从几个方面综述了近年来快速响应的温敏水凝胶的研究进展,并对有关现象进行了解释和说明。     

具有光响应性的聚异丙基丙烯酰胺趋光微凝胶

智能响应性微凝胶在诸如药物运输与释放等多种应用中有着广阔而巨大的前景. 然而,当前基于生理内部刺激的药物载体无法有效地将药物定向运输到指定位置. 研究自推进颗粒引入微凝胶的药物释放很有意义. 为了研究微凝胶颗粒在光照下的自推进运动,制备能在光学显微镜下直接观察到的微米尺寸的微凝胶是一个挑战. 本文通过将异丙基丙烯酰胺与光响应性单体共聚制备了具有光热响应的趋光性微凝胶,并充分地研究微凝胶的光热响应性,同时通过激光共聚焦显微镜观察获得了微凝胶形貌的图像. 光照还能够调控微凝胶溶液的状态,使其在浑浊与澄清之间相互切换. 最后研究微凝胶在光照下的定向运动,对于微凝胶作为药物载体运输和定点释放药物十分重要.     

具有环境响应性的纤维素基水凝胶

随着对可再生资源开发利用的逐渐重视,基于纤维素环境响应型水凝胶结构设计及其响应性能的研究备受关注. 环境响应纤维素基水凝胶不仅具有良好的生物相容性和生物可降解性,还表现出对环境因素特定的检出识别能力及明显响应性,拓展了水凝胶材料在生物医用、仿生智能材料等领域的应用. 本综述首先从环境响应型纤维素水凝胶材料的结构设计出发,以交联方式分类简要介绍了纤维素基水凝胶的合成方法,具体包括物理交联、化学交联和其他交联方式等. 接着,从水凝胶功能性入手,重点介绍了以一种或多种化学信号、物理信号为刺激源响应的纤维素基水凝胶材料;并以药物载体、形状记忆材料和伤口敷料等方面研究成果为例,阐述了环境响应型纤维素基水凝胶的相关应用,以及其在智能软体机器人和环保生物传感器等领域的巨大应用潜力.     

On the study of nonlinear dynamics of complex chemical reaction systems

When driven far from equilibrium,nonlinear chemical reactions often show a variety of self-organization behavior,including chemical oscillations,waves,chaos and patterns[1].Recently,the study of such nonlinear phenomena in‘complex’systems,such as the li…     

亚甲基蓝与酵母核糖核酸相互作用的电化学研究

亚甲基蓝(methylene blue,MB)是一种具有平面结构(结构式见图1)的碱性生物染色剂,在医学临床诊断及化学分析中已有较长的应用历史,可用于亚硝酸盐、磺氨类、氰化物及一氧化碳等中毒的解毒药。电分析化学中常被用作氧化还原指示剂或电子媒介体,其在水溶液中的电化学行为曾被深入地研究[1-2]。在水溶液中,MB的还原态为无色中性分子,而氧化态MB 为一价阳离子,由于分子中环平面和氮杂原子上甲基的存在而具有一定的疏水性。水溶液中MB容易形成二聚体,在电极上发生两个连续的1电子转移反应(EE mechanism)[1],其氧化还原电位的峰距ΔEp介于1电…     

Studies on the biomimetic membrane interaction between liposome and realgar nanoparticles

The liposome of small unilamellar vesicles (SUV) made from phosphatidylcholine-cholesterol mixtures was used as a simple model for biomimetic membranes. The studies on the interaction between the liposome and realgar nanoparticles (NPs) demonstrate that the phospholipid is one of the key targeted molecules of realgar NPs, used by surface plasmon resonance (SPR) technology, fluorescence polarization, Raman spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR) and atom force microscope (AFM). It was observed that th...     

New bisamides gelators: relationship between chemical structure and fiber morphology

Different dialkoxybenzoic acid derivatives with identical alkyl chain lengths were synthesized and their properties as organogelators evaluated. Only the compounds bearing amide groups behave like gelators. Their gelation abilities and phase diagrams were described. A structural study was conducted by freeze-fracture electron microscopy and showed that the methyl ester formed platelet-like aggregates whereas the corresponding free acid formed thin fibers in the gel.     

The gas-phase reaction between O3 and HO radical: a theoretical study.

We report a theoretical study on the reaction of ozone with hydroxyl radical, which is important in the chemistry of the atmosphere and in particular participates in stratospheric ozone destruction. The reaction is a complex process that involves, in the first stage, a pre-reactive hydrogen-bonded complex (C1), which is formed previous to two transition states (TS1 and TS2) involving the addition of the hydroxyl radical to ozone, and leads to the formation of HO4 polyoxide radical before the release of the products HO2 and O2. The reaction is computed to be exothermic by 42.72 kcal mol(-1), which compares quite well with the experimental estimate, and the energy barriers of TS1 and TS2 with respect to C1 are computed to be 1.80 and 2.26 kcal mol(-1) at 0 K. A kinetic study based on the variational transition state theory (VTST) predicts a rate constant, at 298 K, of 7.37 x 10(-14) cm3 molecule(-1) s(-1), compared to the experimentally recommended value of 7.25 x 10(-14) cm3 molecule(-1) s(-1).     

A biomimetic principle for the chemical modification of metal surfaces: synthesis of tripodal catecholates as analogues of siderophores and mussel adhesion proteins

By following a biomimetic design principle, tetravalent scaffolds based on an adamantyl and trisalkylmethyl core structure have been synthesized. These scaffolds have been coupled to three catecholamines, thus resembling the characteristic tripodal recognition motif of many natural metal binders, such as mussel adhesion proteins and siderophores, for example, enterobactin. Besides this tripodal recognition element, our scaffolds provide a fourth position for the conjugation of effector molecules. These effectors can be conjugated through biocompatible conjugation techniques to the scaffold and can be used to tailor the properties of different metal surfaces for a range of applications, for example, in implant engineering. Herein, we describe the synthesis of several tripodal metal binders and their immobilization on TiO(2) surfaces by using a simple dip-coating procedure. Furthermore, we demonstrate the conjugation of our surface binders to the dye eosin Y as an effector molecule by peptide coupling. The resulting surfaces have been analyzed by using ellipsometry, time-of-flight secondary ion mass spectrometry, IR spectroscopy, and contact-angle measurements to confirm the specific loading on TiO(2) films and nanoparticles with our trivalent surface binders. As a proof of concept, we have demonstrated the functionalization of TiO(2) nanoparticles with the eosin Y dye.     

Large enhancement of the nonlinear optical response of reduced fullerene derivatives

The third-order nonlinear optical properties of fulleropyrrolidine and its salt as well as their reduced forms are investigated. Upon reduction, the response increases by up to, and sometimes more than, three orders of magnitude, giving values comparable to the largest ever reported. Calculations and experiments provide a coherent picture for the nonlinear optical properties of these new materials.     

电化学法研究罗丹明B与壳聚糖的相互作用

用电化学方法研究了罗丹明B与壳聚糖(CS)的相互作用,在pH 3.0的NaAc-HAc缓冲溶液中,罗丹明B在-0.67 V(vs.SCE)处有一个灵敏的线性扫描二阶导数极谱波,当加入一定量的CS后,反应体系的电化学信号发生变化,结果表明,罗丹明B与壳聚糖可形成结合物,结合物的峰电流在一定范围内与壳聚糖的浓度成正比,因而可用于测定壳聚糖的含量.此外,实验还探讨了罗丹明B与壳聚糖的最大结合数,为进一步研究有机染料与多糖的结合提供了理论基础.     

利用样本成分耗散物的非线性化学指纹图谱原理及相似度计算与评价

在恒温恒压条件下,以丙酮和样本中底物作为主要耗散物的不同成分的样本对非线性化学反应机理产生不同影响,从而引起反应体系电位-时间曲线形状不同变化为特征的B-Z化学振荡体系为例,就非线性化学指纹图谱原理进行了详细研究和讨论,并提出了计算非线性化学指纹图谱系统相似度的通用方法.利用系统相似度和欧氏距离、相关系数及夹角余弦对不同生产批次古汉养生精和18种其他样本的非线性化学指纹图谱的相似度进行了计算与分析.结果表明,相关系数和夹角余弦都不能用来作为评价非线性化指纹图谱相似度的指标.利用欧氏距离公式计算指纹图谱的非参数型相似度时,能正确反映指纹图谱的特征差异,但用其计算参数型相似度时,则有时不能正确反映样本非线性化学指纹图谱特征差异的相对程度.系统相似度能最真实反映样本指纹图谱之间差异程度,是4种相似度计算方法中最好的,可用于非线性化学指纹图谱相似度计算与评价.成功提出了一种经济、简便、易行和有效的鉴别样本真伪与评价其质量的科学方法.