仿贻贝粘附蛋白聚合物的研究及动态

贻贝粘附蛋白以其对不同基材表面及在水下都具备高强的粘附能力而闻名。根据仿生学原理,通过将贻贝粘附蛋白功能元即邻苯二酚基团与合成高分子相结合制备仿贻贝粘附蛋白聚合物,达到复制重现甚至超越天然贻贝粘附蛋白粘附效力的目的,是目前贻贝仿生领域研究热点之一。本文综述了近年来国内外仿贻贝粘附蛋白聚合物的研究进展。我们按照主链结构的种类进行了分类,对仿贻贝粘附蛋白聚合物材料的发展过程、材料的设计思路以及应用领域进行了系统的归纳总结。通过研究分子结构与仿生材料功能特性之间的相互关系,希望为以后设计合成新型的功能化的贻贝仿生材料提供有益的借鉴和参考。     

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。     

仿贻贝粘性高分子的应用进展

海洋贻贝类生物的足丝分泌蛋白几乎能够在所有基底材料上实现高强度、高韧性的粘附,且不受水或者潮湿环境影响。这种环境友好、条件温和的高效生物粘附剂引起了研究人员的兴趣,尤其在粘附机理和应用前景方面更是研究人员关注的重点。大量研究表明,贻贝超强的粘附能力与其分泌的粘附蛋白中高含量的3,4-二羟基苯丙氨酸(多巴,DOPA)单元相关。受贻贝粘附蛋白的启发,人们研究发现,多巴胺(DA)分子具有与之相似的官能团,聚合后有相似分子结构,使用聚多巴胺替代聚多巴,可以在基体表面达到相似的粘附性能。本文简单介绍了仿贻贝粘性物质中的代表多巴胺自聚合形成聚多巴胺(PDA)与粘附机理,并重点介绍了近年来DOPA衍生物在表面改性、催化、生物防污及生物医学领域的应用和前景。     

含邻苯二酚基团聚合物的研究进展

富含邻苯二酚基团聚合物具有优异的生物相容性、耐水性和粘附性能,被广泛应用于胶黏剂、水凝胶、防污涂层、自修复材料、生物医用材料等领域。 本文概述了含邻苯二酚基团聚合物的研究进展,重点介绍了含邻苯二酚基团聚合物的合成方法、化学结构和性能,以及其应用和前景。     

含有邻苯二酚基团的材料在抗菌防污领域的研究进展

贻贝是海洋污损生物中最为常见的一类生物,它可以粘附在几乎所有材料的表面,这是由于贻贝能够分泌具有优异粘附性能的贻贝粘附蛋白.贻贝粘附蛋白结构中具有邻苯二酚基团,并已被证明是一种有效的表面改性锚定剂,几乎可以粘附在任何材料表面.本文针对含有邻苯二酚基团的材料,结合近五年的国内外研究报道,介绍了含有邻苯二酚基团材料的制备方...     

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.     

基于贻贝启发的水下仿生胶黏剂

海洋中的贻贝依靠丝足(Byssus)与足盘(Plaque)可以在潮湿及水下环境中快速而牢固地黏附于各种固体表面。贻贝强健的足部具有沟渠状的生理结构,通过类似于“注塑生产”的生理过程,它们可以生成丝足与足盘。贻贝将液态的蛋白质挤压到沟渠里,只需几秒钟时间,这些蛋白质就能形成一条条发丝一样纤细的丝足。每条丝足的末端都有一个黏性足盘,足盘可以牢牢地黏附在岩石及固体表面。丝足及足盘由多种黏附蛋白(Mfps)组成,且几乎每种黏附蛋白都含有L-3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)成分。在过去的数十年间,科研人员基本揭示了贻贝黏附蛋白的结构及其黏附机理。DOPA的儿茶酚基团,通过氧化交联、金属螯合、氢键、静电作用、疏水作用、π-π作用、阳离子-π作用等各种共价和非共价相互作用,实现强大的界面黏接。基于贻贝黏附蛋白的结构及其黏附机理,通过使用DOPA及其类似物修饰的聚合物体系,人们得到了多种具有优秀机械性能和功能化的新型仿生多巴类水下胶黏剂。本综述首先介绍了贻贝黏附蛋白的组成特点及其黏附机理;随后分别介绍了凝聚层类胶黏剂、水凝胶类胶黏剂、智能型水下胶黏剂的结构特点及黏附机理;最后讨论了目前仿生水下胶黏剂存在的问题及未来发展前景。     

组织工程中生物可降解高分子的功能化及生物学修饰

可生物降解高分子在组织工程中有十分重要的作用。本文从组织工程对支架材料的生物学要求出发,对可生物吸收高分子的本体改性引入功能基团,进而通过化学键合促进细胞特异性黏附的短肽序列(ROD)、含功能性基团的水凝胶通过化学键合或物理包覆固定RGD以及聚合物表面修饰固定RGD三个方面进行了综述。     

天然高分子复合羟基磷灰石材料的制备与应用

羟基磷灰石(HA)是人类与动物骨骼中主要无机物组成成分,因其具有良好的生物相容性、生物活性和骨传导作用,作为新型合成生物材料已应用于骨组织的修复与替代技术。本文在介绍HA主要制备方法(如:沉淀法、乳液法、水热反应法、溶胶-凝胶法、机械化学法、固态合成法、水解法、超声化学法、热解法、模板法和电沉积法等)和应用的基础上,重点综述了各类天然高分子与HA复合材料的制备及应用研究进展。天然高分子,如:纤维素、淀粉、甲壳素、壳聚糖、蛋白(包括胶原蛋白、明胶、角蛋白、丝蛋白和植物蛋白)等,与HA复合后制备的天然高分子复合羟基磷灰石材料,在保持其生物相容性的同时,又能改善复合材料的机械性能与生物活性,使其可用于医用材料、载体材料和吸附分离材料。最后,本文指出为了满足生物体内的特殊环境(如强的韧性、与骨生长速度匹配性能等)及不同领域的要求,天然高分子复合HA材料需要发展的方向。     

水凝胶在人工眼角膜上的研究进展

理想的人工角膜植入材料要求物理化学性质稳定、生物相容性好、透光性高以及透气性好等,同时还应具有一定的折射能力,使得植入后能够达到矫正视力的目的。水凝胶因良好的生物相容性,及其对水溶性代谢产物如葡萄糖、营养物质、氧气等高的透过性,在眼科材料领域得到了非常广泛的应用。本文主要介绍了水凝胶材料在人工角膜上的研究进展,包括天然高分子水凝胶、合成高分子水凝胶、IPN互穿网络水凝胶以及高折射率有机-无机复合水凝胶。     

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。     

天然高分子材料水凝胶的制备及其应用进展

水凝胶是一种由高分子聚合物构成的三维网络材料,用自然界中天然存在的高聚物及其衍生物材料构建水凝胶,具有生物相容性、环境敏感性高、生物可降解性和对环境无污染等优势。本文介绍了近几年天然高分子水凝胶材料在医药卫生、食品、农业和环保等领域的应用情况;并按材料来源的不同,分类综述了蛋白质、多肽类水凝胶,海藻多糖水凝胶,动物多糖水凝胶,植物多糖水凝胶,其改性和制备复合水凝胶的最新技术、功能特性以及应用领域;最后对天然高分子水凝胶制备的改进方向和重点应用领域进行了展望。     

聚苯乙烯—g—（十八烷基聚氧乙烯）阻抗血小板粘附的研究

近年来,随着高分子科学、医学、材料科学的发展和相互渗透,高分子材料成为生物医用材料的研究重点．然而,和其它材料一样,当合成高分子材料和血液接触时,血浆蛋白质在材料表面迅速形成一层蛋白质吸附层,直接影响血小板和材料表面的相互作用,导致血寸板的粘附、活化和释放,并进一步引起血小板的凝血反应,严重地限制了高分子材料在临床上的应用．聚氧乙烯（PEO）由于其良好的生物惰性,成为改善高分子材料血液相容性的理范材料．人们通过多种手段将PEO修饰到材料表面,得到了具有良好的血液相容性的高分于医用材料［"．同时,人们…     

丝胶蛋白的结构、性能及生物医学应用

丝胶蛋白来源于天然蚕茧,具有良好的生物相容性和一系列独特的生物学性能,是一种性能卓越的天然生物材料。丝胶蛋白特有的氨基酸组成和结构性质赋予了其良好的水溶性、促细胞黏附和增殖活性、原位荧光性、抗氧化活性以及酪氨酸酶抑制活性等。在交联剂、化学活性基团和紫外光等作用下,丝胶蛋白能交联形成微纳米结构材料、二维(图案化)膜材料、水凝胶或三维多孔支架,在创伤修复、组织再生、药物传递、生物医药和材料涂层等生物医学领域显示出广阔的应用前景。本文基于丝胶蛋白近年来重要的研究成果,综述了丝胶蛋白的结构和理化性质,重点讨论了丝胶蛋白材料的设计方法及其在生物医学中的最新应用,并对丝胶蛋白的发展趋势进行了展望。     

贻贝黏附蛋白启发的甲壳素纳米晶须增强湿态黏附水凝胶的研究

报道了一种力学性能优良,湿态生物组织黏附能高的黏附水凝胶.该凝胶由丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯和3-三烯十五烷基-1,2-邻苯二酚共聚,与壳聚糖复合、并由甲壳素纳米晶须增强而成.该凝胶网络含有可逆和不可逆交联作用.其中可逆物理作用包括阴阳离子聚电解质静电吸引、烷基链疏水缔合、苯环π-π堆积、阳离子-π、氢键和拓扑纠缠.由这些物理键形成的次级网络的可逆形成/破坏为水凝胶形变提供了能量耗散,从而提升了其断裂韧性.另一方面,水凝胶的快速吸水能力破坏了湿润基体表面的水合层,使凝胶表面基团能与组织表面形成物理键和化学键的界面相互作用,从而共同促进水凝胶与湿态组织的强韧黏附.水凝胶的断裂强度可达276.4 kPa,对湿润猪皮的界面黏附韧性可达831 J/m²,在水下对猪皮的界面黏附韧性约达236 J/m²,猪皮和猪肝伤口闭合强度分别可达26.2和16.5 kPa.该黏附凝胶适合作为免缝合的伤口闭合黏胶材料.     

贻贝仿生胶粘剂研究进展

海洋贻贝因其分泌的含邻苯二酚结构的多巴粘附蛋白而拥有在潮湿或者水下环境对不同固体表面快速而牢固的粘附能力.通过模仿贻贝中大量丰富的多巴粘附蛋白结构的仿生胶粘剂能在干燥和水下环境中实现对各种基材的有效粘接.最近十余年来,学术界一直致力于合成含邻苯二酚结构的仿生聚合物胶粘剂,探究聚合物本体和外界环境对胶粘剂粘接性能的影响....     

天然五环三萜有机功能分子

天然五环三萜在自然界中广泛存在,由六个异戊二烯单元组成,可以从动植物中分离获取。因具有手性刚性骨架、多反应位点、独特组装性能、良好生物相容性及药理活性,其在超分子化学、智能材料、界面化学、药物传输等领域有着不可忽视的潜力。本文基于课题组近年来在天然五环三萜有机功能分子方面的工作,概述了含甘草次酸和甘草酸骨架的功能小分子和高分子的设计、合成及其在水凝胶、有机凝胶、有机-无机复合凝胶、手性材料、温敏和自愈合材料、农用Pickering乳液、准聚轮烷等方面的应用。     

生物医用高分子纤维材料

综述了医用的高分子纤维材料及其改性的方法。医用高分子纤维材料包括天然高分子及合成高分子两大类。其中包括不可降解的及可降解的高分子纤维材料。利用聚合物共混、交联、纤维表面改性,如等离子体处理、纤维表面化学反应及聚合物的表面接枝等物理化学方法可对医用纤维进行改性,改善纤维的力学性能、生物相容性,并使之具有细胞粘附性,利于组织的生长。     

含悬挂羧基手臂聚乳酸材料的合成与血小板粘附性研究

制备了乳酸-β-苹果酸共聚物,并在此基础上进一步修饰合成了含悬挂羟基(PLMAHE)以及悬挂羧基(PCA-PLA)的聚乳酸共聚物,利用原子力显微镜及环境扫描电镜,观察了聚合物膜的表面形貌以及粘附在聚合物膜上的血小板数量与形态.结果表明含悬挂羟基材料表面粘附血小板时发生聚集并有伪足生成,含悬挂羧基材料表面血小板粘附数量较少且形态正常,有望成为优良的抗凝血材料.     

聚乙二醇基智能水凝胶的研究进展

聚乙二醇是一种常见的水溶性高分子,其水凝胶低毒,生物相容性好,广泛应用于生物医学和药学材料;PEG分子链的末端为活泼性基团—羟基,很容易发生化学反应得到聚乙二醇功能单体,利用这种大分子单体很容易制备出结构和性能各异的水凝胶;而且其分子量的应用范围很宽(从几百到几万)。因此利用PEG为基体制备水凝胶具有独特的优势。此外,聚乙二醇基水凝胶以其众多的刺激响应功能显示出了广阔的应用前景,引起了人们的广泛关注。本文综述了近年来聚乙二醇基水凝胶研究方面的进展,包括水凝胶的合成、结构与性能的关系等,并特别强调了点击化学与超分子化学在水凝胶的设计与合成方面的重要性。