层层自组装膜的研究:从基础到生物医学领域中的应用

层层自组装是利用分子间的静电、氢键、共价键等相互作用将高分子组装成膜的技术,具有操作简单、无需特殊设备、膜组分及厚度可控等优点,在器件制备、表面改性及生物医学等诸多领域有广泛应用。我们在层层自组装膜的基础研究及应用领域均进行了一些探索,首次将氢键和共价键层层组装技术从二维体系扩展到三维体系,成功地制备了氢键和共价键键合的层层组装的空心微胶囊;提出了制备单一组分层层自组装膜的通用办法;对以聚乙烯基吡喏烷酮/聚丙烯酸膜为代表的氢键自组装膜进行了详细研究。首次以可逆共价键-苯硼酸酯键为驱动力进行层层组装,并在这些研究的基础上提出了动态层层自组装膜的概念。利用动态膜逐步解离的特性提出了新的药物释放方法,同时,利用层层自组装水凝胶膜的刺激响应性还提出了新的可快速响应的光学传感方法。     

层层组装构建蛋白质基多层结构及其生物医用研究进展

对蛋白质基自组装多层结构的发展和生物医学应用进行了综述。详细介绍了蛋白质多层结构的组装原理、组装基元类型、不同物理结构如涂层、微胶囊和纳米管的制备技术。阐述了蛋白质多层结构在抗凝血、抗菌、生物活性涂层、药物控释和生物分离方面的应用。最后对蛋白质基组装体系的优势进行总结,对其进一步的发展方向作了展望。     

层层自组装技术在薄膜锂电池上的应用研究进展

薄膜锂电池作为一种重要的微型能源形式已经显示出巨大的应用前景,为了进一步提高薄膜锂电池的性能,要求有更好的技术对这种薄膜锂电池进行组装。层层自组装（Layer-by-Layer self-assembly,LBL）技术正是一种非常安全、经济、简便的薄膜组装方式,这对于组装薄膜电解质和薄膜电极是一个非常好的选择。更重要的...     

聚乳酸的层层自组装修饰及其内皮细胞相容性研究

通过胺解反应在生物降解聚(L-乳酸)表面引入带有正电荷的自由氨基,并通过静电吸引层层(Layer-by-layer,LBL)自组装技术将具有良好生物相容性的硫酸软骨素(CS)和细胞外基质成分型胶原组装到该PLLA材料表面.通过反应性荧光探针标记、紫外-可见吸收光谱以及荧光能量转移等测试技术跟踪并表征了自组装过程的进行.组装层的厚度开始随组装层数的增加而线性增加,而后增加变缓.内皮细胞的体外培养证明,表面组装CS和胶原(以胶原为最外层)以后,细胞的增殖率和细胞活性显著提高,材料的细胞相容性得到明显改善.细胞体现了充分铺展的多角形内皮细胞形貌,而且局部已融合形成了一单层内皮细胞层.     

多酸层层自组装复合材料应用的研究进展

多金属氧酸盐(简称多酸)具有独特的分子结构、性质的多样性和可调性,其在磁学、光电化学、材料化学、催化和生物医学等领域均有着潜在的应用。 近年来,层层自组装技术被广泛用于多酸超薄膜组装,进一步拓展了多酸的应用范围。 本文主要介绍基于静电相互作用的层层自组装方法制备的多酸基功能性超薄膜复合材料(平面薄膜、中空微胶囊和微球)在光催化、电催化、光致变色、电致变色、磁学、气体传感和光电催化等领域的研究进展并对其进行了展望。     

层层自组装制备基于多壁碳纳米管的胆碱生物传感器

以经混酸处理的多壁碳纳米管(MWCNTs)修饰铂(Pt)电极,在此基础上固定(PAA/PVS)3复合膜,采用层层自组装技术将高分子聚电解质PDDA与胆碱氧化酶交替组装在已修饰的电极上,构建了电流型胆碱生物传感器。实验结果表明,MWCNTs的引入使电极对H2O2的催化电流明显增大,制成的酶电极可以有效控制酶量的使用,酶膜组装层数为8时最优,对胆碱的线性响应范围为5×10-7～1×10-4mol/L;灵敏度为12.53μA/mmol;响应时间为7.60s;检出限为2×10-7mol/L(S/N=3)。传感器的抗干扰能力强,稳定性好,30d时的响应电流值仍保持最初的89.5%。3次平行实验的RSD为3.64%。     

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。     

层层自组装法制备石墨烯/聚苯胺复合薄膜及在传感器中的应用

利用层层自组装技术,将聚丙烯酸修饰的石墨烯(PAA-Gr)与聚苯胺(PANI)进行层层自组装,制备了石墨烯/聚苯胺{PAA-Gr/PANI}n复合薄膜.聚丙烯酸修饰石墨烯不仅可以提高石墨烯的分散性,而且可以使石墨烯表面带负电荷,为其与带正电的PANI进行层层自组装提供了可能.利用紫外光谱跟踪了{PAA-Gr/PANI}n复合薄膜层层自组装过程.通过红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和循环伏安等方法表征了{PAA-Gr/PANI}n复合薄膜的结构.研究了{PAA-Gr/PANI}n复合薄膜的电化学性能,并探讨了复合薄膜在过氧化氢(H2O2)传感器中的应用.{PAA-Gr/PANI}n复合薄膜对H2O2表现出良好的电催化活性,其线性检测范围为0.005~0.3 mmol/L,线性相关系数为0.99858,检测下限为1×10-6mol/L.     

含乳糖聚电解质靶向微胶囊的层层自组装构筑

设计合成了己二酸乳糖乙烯酯/对苯乙烯磺酸钠共聚物（PLESS）,通过层层自组装技术构筑聚烯丙基胺盐酸盐（PAH）与含乳糖聚电解质PLESS的靶向微胶囊。以紫外-可见吸收光谱监测了PAH与PLESS在平面的石英片进行层层自组装过程,研究了不同实验条件（聚电解质浓度、溶液盐度、盐种类）对PAH/PLESS多层膜自组装的影响;PAH与PLESS在球形碳酸钙微球模板上层层自组装,去除模板后得到层状结构的微胶囊,用透射电镜（TEM）等方法观察其形态形貌;通过花生凝集素识别考察其潜在靶向性;通过细胞MTT活性试验评价其生物相容性。     

聚电解质层层自组装纳滤膜*

层层自组装技术能够方便地对膜的微观结构和组成进行调控,已在制备复合型纳滤膜方面取得了迅速的发展。本文综述了近年来用于聚电解质层层自组装纳滤膜的制备方法,种类以及影响因素。介绍了静态层层交替沉积、压力驱动自组装和电场强化自组装等三种制备方法;归纳了均聚型、共聚型和有机/无机杂化型等三类用于层层自组装纳滤膜的聚电解质的特点;讨论了聚电解质的荷电性、电荷密度和电离程度等因素对其自组装膜分离性能的影响。总结了聚电解质自组装纳滤膜在水处理和有机溶剂中物质的分离等方面的应用。同时,对提高聚电解质自组装纳滤膜的组装效率,分离性能和发展方向提出了设想和建议。     

血液接触生物材料的血液相容性评价研究进展

生物材料的血液相容性是决定该材料能否在临床成功应用的重要标准之一.当材料与血液接触后,会引起溶血、凝血和免疫等一系列反应,机制复杂且受多种因素影响.因此,在材料临床应用前需根据ISO 10993-4进行生物相容性评价,血液相容性评价是其中重要部分,但目前尚未形成统一的评价标准与评价体系.本文总结了近年对血液相容性评价的...     

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.     

生物材料与细胞相互作用及表面修饰

生物材料用作人工细胞外基质(ECMs)在组织工程中起重要作用。生物材料表面的拓扑结构、亲水／疏水平衡、自由能、电荷状况、化学基团和生物特异性识别对材料／细胞相互作用有较大影响。生物材料表面与细胞的相互作用主要是细胞膜表面受体与生物材料表面配体间的相互分子识别,因此采用仿生修饰生物材料表面以提高细胞亲和性和特异性识别。本文对生物材料与细胞相互作用及表面修饰的技术方法进行了介绍。     

抗凝血高分子生物材料的表面设计

生物材料,尤其是血液接触材料,满足抗凝血性能是临床应用的首要前提。采用表面改性策略来提高材料表面的抗凝血性能,简单易行。表面改性主要包括表面设计和方法设计两个方面。本文对抗凝血性高分子生物材料的表面设计各类方法进行了综述,其中包括材料表面的微相分离结构、材料的负电荷表面设计、材料的亲(疏)水性表面设计、材料的生物活性化表面设计和材料的内皮细胞化表面设计等等,并重点阐述了两性离子的抗凝血表面设计。     

生物医用氟碳胶体的研究进展

全氟碳化物(PFCs)胶体的生物医学应用由最初的血液代用品逐渐发展成为多种需氧治疗的辅助剂,例如用于心血管系统、肺部疾患的治疗,肿瘤化疗与放疗的辅助、移植器官的保存及细胞培养技术等,还可作为造影剂和药物释放载体,以及充当生物医用的诊断探针。     

Biological applications of LbL multilayer capsules: From drug delivery to sensing

Polyelectrolyte multilayer (PEM) capsules engineered with active elements for targeting, labeling, sensing and delivery hold great promise for the controlled delivery of drugs and the development of new sensing platforms. PEM capsules composed of biodegradable polyelectrolytes are fabricated for intracellular delivery of encapsulated cargo (for example peptides, enzymes, DNA, and drugs) through gradual biodegradation of the shell components. PEM capsules with shells responsive to environmental or physical stimuli are exploited to control drug release. In the presence of appropriate triggers (e.g., pH variation or light irradiation) the pores of the multilayer shell are unlocked, leading to the controlled release of encapsulated cargos. By loading sensing elements in the capsules interior, PEM capsules sensitive to biological analytes, such as ions and metabolites, are assembled and used to detect analyte concentration changes in the surrounding environment. This Review aims to evaluate the current state of PEM capsules for drug delivery and sensing applications.     

聚合物复合物层层组装膜的高效负载及大分子和小分子药物的差别性释放

基于聚合物复合物和层层组装技术实现了大分子药物硫酸软骨素和小分子药物头孢曲松钠在聚合物膜中的高效负载以及差别性释放. 壳聚糖(CHI)和大分子药物硫酸软骨素(CSS)通过静电相互作用力复合, 制备了壳聚糖-硫酸软骨素复合物(CHI-CSS). 以CHI-CSS复合物和透明质酸(HA)为构筑基元, 通过层层组装构筑负载有硫酸软骨素的聚合物复合物膜. 利用后扩散的负载方法将小分子药物头孢曲松钠(CTX)负载到聚合物膜中, 从而实现大分子和小分子2种药物在聚合物膜中的负载. 聚合物膜中负载的CTX和CSS在生理条件下具有快慢不同的差别性释放动力学特性, CTX在6 h内快速释放, 而CSS长效缓释长达14 d. 快速释放的抗生素CTX能够有效抑制细菌感染, 而酶降解作用下缓慢释放的CSS可促进伤口愈合, 在包括头颈外科在内的外科术后感染防治领域有良好应用前景.     

DNA纳米结构在药物转运载体和智能载药中的应用进展

纳米材料具有荷载效率高、靶向性能好、半衰期较长等优点, 非常适于作为药物转运载体, 可有效提高药物的水溶性、稳定性和疾病治疗效果.目前, 开发具有良好生物相容性、可控靶向释放能力和精确载药位点的理想药物转运载体, 仍是该领域存在的挑战性问题和当前研究的重点.自组装DNA纳米结构是一类具有精确结构、功能多样的纳米生物材料, 具有良好的生物相容性和稳定性、较高的膜渗透性和可控靶向释放能力等优点, 是理想的药物转运载体和智能载药材料.本文总结了DNA纳米结构的发展历程、DNA纳米结构作为药物转运载体的研究现状、动态DNA纳米结构在智能载药中的应用进展, 并对其发展前景进行了展望.     

瓜环类超分子药物载体的研究进展

瓜环具有“内疏水、外亲水”的特殊分子结构,可以多种有机物发生主客体相互作用而形成自组装分子胶囊或超分子实体,使其在环境、医药、化学分离、材料的改性等方面都有着广泛的应用前景。本文结合自己的工作,参考国内外文献综述了瓜环在药物载体及药物传输方面的研究进展,并就瓜环在药物领域的发展作一展望。     

Layer‐by‐Layer Assembly for Surface Tethering of Thin‐Hydrogel Films: Design Strategies and Applications

Manipulation and engineering of the surfaces has a key role in improving the materials properties. Anchoring of thin hydrogels on the materials surface is one of the recently developed methods to achieve surfaces with high potential applications. Layer‐by‐layer (LBL) has been used widely as a strong strategy for immobilization of thin hydrogel films on the surface of various organic/inorganic substrates. Electrostatic LBL and covalent LBL are two main strategies used in this regard. In electrostatic LBL, negatively and positively hydrophilic polymers are sequentially assembled to create a multilayer hydrogel which subsequent covalent crosslinking of multilayers improved the stability of the inserted layers. On the other hand, covalent LBL requires hydrophilic polymers bearing reactive telechelic groups. These reactive polymers are prepared by various polymerization techniques or by post‐functionalization of biopolymers. The principles of hydrogel anchoring have described along with representative examples. Besides, the potential applications of the modified surfaces in specific cases have been addressed and overviewed.