聚(L-谷氨酸)水凝胶的Diels-Alder制备及其生物分子响应性研究

报道了一种含有二硫键的聚L-氨基酸共价交联网络,制备了能对含巯基生物分子与蛋白酶产生响应的新型聚L-氨基酸水凝胶.通过二硫键将降冰片烯基团键合在聚(L-谷氨酸)侧链,所得到的聚合物与末端修饰四嗪基团的四臂聚乙二醇在水溶液中混合,通过降冰片烯与四嗪基团之间发生Diels-Alder反应形成分子间共价交联,获得了聚(L-谷氨酸)/聚乙二醇水凝胶.研究了水凝胶在含巯基生物活性分子谷胱甘肽(GSH)作用下的性质变化.结果表明,2种官能化聚合物混合后可快速形成稳定的水凝胶,其力学性质随聚合物浓度、2种聚合物比例和降冰片烯基团的取代度的改变而变化.体外降解实验结果表明,在GSH或弹性蛋白酶存在的条件下,水凝胶的降解速率显著增加.同时,经GSH处理的水凝胶机械强度也显著降低.大鼠体内实验表明,在交联点引入GSH响应性的二硫键会明显加速聚氨基酸水凝胶的体内降解.进一步体外细胞实验与组织学分析结果表明,所获得聚氨基酸/聚乙二醇水凝胶具有良好的体外细胞相容性和动物体内组织相容性.     

氢键结合超分子水凝胶的形成与结构调控

近年来,依靠单体单元间可逆和高度取向的非共价作用力形成超分子聚合物(supramolecularpolymer)得到广泛关注[1,2].在溶液中,超分子单体单元之间通过非共价键相互作用,形成三维网络结构并将有机溶剂或水包裹形成超分子凝胶[3,4].相对于聚合物凝胶,超分子凝胶具有以下优点.(1)生     

光/还原双重响应水凝胶微球的制备及在细胞三维(3D)培养中的应用

设计合成了一种光/还原双响应水凝胶微球, 该微球可在温和的刺激条件下实现三维(3D)细胞的大规模培养和无酶无损捕获. 水凝胶微球组分中包含一个双响应功能单体(M1), 其中邻硝基苄酯功能基团可在紫外光照下与氨基化合物发生光偶联作用, 从而在水凝胶微球表面实现黏附蛋白的有效固定, 并通过蛋白质-整合素相互作用介导细胞的黏附. 微球表面细胞生长增殖后, 其中的二硫键基团可被谷胱甘肽还原, 从而介导细胞无酶无损温和释放. 这种通过调节水凝胶微球表面生物活性分子的固定与释放介导细胞黏附与捕获的新方法为细胞工程提供了一种通用而有效的手段.     

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.     

基于聚β-环糊精模板效应的可拉伸功能性超分子水凝胶

以β-环糊精与环氧氯丙烷的线形共聚物为大分子主体,以亲水性短链修饰的含可聚合双键的二茂铁单体为客体分子,利用二者间的主-客体包结络合作用,制备了一种新型的"大分子超分子交联剂".进而借助聚β-环糊精的大分子超分子模版效应,通过简单自由基共聚合反应,实现了基于β-环糊精与二茂铁客体分子间包结络合作用的可超长拉伸、抗刺、黏附性超分子水凝胶的制备.     

基于高分子侧链主客体识别构筑光响应超分子水凝胶

制备了侧链含α-环糊精(α-CD)的聚丙烯酸(PAA-α-CD)作为主体聚合物,侧链含偶氮基团(Azo)的聚丙烯酰胺(PAM-Azo)作为客体聚合物.利用1H NMR、2D NOESY NMR方法测定了PAA-α-CD与PAM-Azo间的主客体作用.结果表明,PAM-Azo侧链的trans-Azo基团能够被PAA-α-CD侧链的α-CD包结,而cis-Azo基团不能被α-CD包结.在一定浓度下,PAA-α-CD与PAM-Azo通过主客体间的识别能够形成超分子水凝胶,并且该凝胶具有光响应性.在365nm紫外光光照下,PAM-Azo侧链的trans-Azo转变为cis-Azo,不能被PAA-α-CD侧链的α-CD包结,超分子水凝胶转变为溶胶.而在430nm的可见光光照下,PAM-Azo侧链的cis-Azo转变为trans-Azo,重新被PAA-α-CD侧链的α-CD包结,又可得到超分子水凝胶.     

白光发射超分子水凝胶的构筑和发光性能研究

具有白光发射性质且发光可调的超分子水凝胶在发光材料和荧光检测领域具有广泛的应用前景.采用双（2-氨基丙基醚）聚丙二醇（PPG-NH²）链穿线带有正电荷的6-乙二胺修饰β-环糊精构成准轮烷,进而与锂皂石作用构筑了超分子水凝胶,并通过流变、zeta电势和扫描电镜等手段对凝胶性质进行了表征.当将扭曲分子内电荷转移（TICT）型的有机染料分子硫黄素T（ThT）和碘化4-[4-（二甲基氨基）苯乙烯基]-1-甲基吡啶鎓（DASPI）引入到水凝胶中,这两种有机染料能够在凝胶相中发生荧光共振能量转移（FRET）,从而产生包括白光在内的不同颜色的荧光发射.本研究为水基超分子发光软材料提供了一种新的构筑方法.     

纳米颗粒增强的手性超分子水凝胶成骨性能

手性超分子水凝胶能够仿生细胞外手性微环境,在组织工程中具有特殊的意义,但其强度和稳定性较低,仍然面临着巨大的挑战.本文将无机羟基磷灰石纳米颗粒(HAP)引人到苯丙氨酸衍生物手性超分子水凝胶(LPF)中以改善其力学性能和生物功能.圆二色光谱和扫描电子显微镜结果显示,HAP掺入后LPF组装手性发生反转.与纯LPF水凝胶相比...     

分子内敏化鎓盐的合成及光敏性研究

二芳基碘鎓盐和三芳基硫鎓盐是阳离子聚合的光引发剂和光敏产酸物,但他们在300nm以上的光吸收很低,限制了对紫外光的利用效率。为解决此问题,本文合成了一些新的碘鎓盐和硫鎓盐,并用凝胶时间方法考察了它们的光引发效率。实验结果表明,2-苯硫基甲基,2′,4′-二甲基二苯碘鎓盐和9-蒽丙基,二苯基硫鎓盐具有特别高的光引发效率,这归之于光照时这些鎓盐发生了分子内电荷转移反应,即发生了分子内敏化。9-蒽丙基二苯硫鎓盐分子中的蒽基(An)是电子给体也是敏化基团,光照时可发生如下反应: .     

基于杯芳烃和紫精的电刺激响应二元水凝胶

基于上缘四脯氨酸修饰杯[4]芳烃和各种紫精客体分子的相互作用, 我们构筑了一类新型的二元超分子水凝胶. 得到结果显示, 在酸性条件下, 溴化紫精盐最易于促进四脯氨酸修饰杯[4]芳烃形成水凝胶. 并且经落球法测定了所制备水凝胶的凝胶-溶胶转变温度, 采用原子力显微镜和扫描电子显微镜表征了水凝胶的微观形态, 发现紫精的侧链对水凝胶性质具有显著影响, 包括凝胶-溶胶转变温度和微观形态. 值得注意的是, 该类水凝胶不仅具有优良的电刺激响应性, 而且能够通过化学、pH和热等多种因素进行调控.     

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.     

聚谷氨酸基超分子水凝胶的制备和表征

以接枝胆固醇的聚谷氨酸-聚乙二醇-聚谷氨酸三嵌段聚合物和接枝β-环糊精的聚谷氨酸为前躯体,通过主客体作用制备聚谷氨酸基超分子水凝胶.通过调控前躯体的浓度、胆固醇和环糊精的摩尔比,得到不同力学性能的水凝胶;改变三嵌段聚合物中聚谷氨酸的分子量,调控聚谷氨酸基超分子水凝胶的力学强度、微观形貌、溶胀行为和降解性能.研究结果表明,当聚合物浓度为150 g/L、环糊精和胆固醇的摩尔比为1∶1时,水凝胶的储存模量最大;聚谷氨酸的分子量越大,水凝胶的储存模量越大;水凝胶平均孔径10~30μm,溶胀度16%~30%,降解时间为40~72 d.水凝胶细胞毒性实验结果表明超分子水凝胶具有良好的生物相容性.     

基于柱[5]芳烃主客体包结构筑分子响应型超分子水凝胶

主客体相互作用是在水溶液中与大环主体分子形成稳定的包结物的理想驱动力.以功能化的苯并咪唑衍生物为客体(M),水溶性柱[5]芳烃为主体构建了一种分子响应型超分子水凝胶.通过1H NMR, 2D NOESY和扫描电子显微镜(SEM)研究了水凝胶的成凝胶机理.有趣的是,主客体包结作用、柱[5]芳烃间有序的"外腔"π-π相互作用和分层堆积对于获得超分子水凝胶是必不可少的,非共价键相互作用的动态可逆性使凝胶体系对温度变化/化学刺激产生响应.此外,加入竞争性客体己二腈(ADN)/百草枯(PQ)后,柱[5]芳烃基水凝胶可转化为溶胶.因此,该超分子水凝胶可以选择性识别有机分子.     

基于柱[5]芳烃主客体包结构筑分子响应型超分子水凝胶（英文）

主客体相互作用是在水溶液中与大环主体分子形成稳定的包结物的理想驱动力.以功能化的苯并咪唑衍生物为客体(M),水溶性柱[5]芳烃为主体构建了一种分子响应型超分子水凝胶.通过1H NMR, 2D NOESY和扫描电子显微镜(SEM)研究了水凝胶的成凝胶机理.有趣的是,主客体包结作用、柱[5]芳烃间有序的"外腔"π-π相互作用和分层堆积对于获得超分子水凝胶是必不可少的,非共价键相互作用的动态可逆性使凝胶体系对温度变化/化学刺激产生响应.此外,加入竞争性客体己二腈(ADN)/百草枯(PQ)后,柱[5]芳烃基水凝胶可转化为溶胶.因此,该超分子水凝胶可以选择性识别有机分子.     

聚二甲基硅氧烷-纸复合微流控芯片上的肝癌细胞三维培养

研发了一种聚二甲基硅氧烷-纸复合型微流控芯片用于肝癌细胞三维培养.芯片使用明胶处理硝酸纤维素薄膜作为细胞培养基底,以水凝胶网格作为三维培养支撑.结合微通道主动灌流与水凝胶中的被动扩散,模拟体内的流体运输形式实现细胞与外界物质交换.实验结果显示,芯片上的液滴生成以及细胞定位种植简便可靠.连续监测显示肝癌HcpG2细胞在水凝胶微球中增殖形成类似组织的三维结构.细胞增殖动力学分析以及生化检测结果显示了芯片三维培养与二维培养的差别.这种芯片三维细胞培养方法操作简便可靠,仿真度高,适合于肿瘤细胞研究.     

基于动态共价键的自愈性水凝胶及其在医学领域的应用

自愈性水凝胶作为一种新型仿生智能材料受到了科研人员的广泛关注.近年来,人们利用动态共价键、超分子作用,发展了一系列自愈性水凝胶,并将其应用于药物控释、细胞三维培养、组织工程等生物医用领域.本文总结和评述了基于动态共价键的自愈性水凝胶及这些水凝胶作为药物载体的相关研究,并展望了基于动态化学的自愈性水凝胶的未来发展.     

具有电化学敏感性的超分子交联点及其水凝胶研究

本文通过主体分子环糊精（CD）和客体分子二茂铁（Fc）之间的包结络合作用,在CD稳定的CdS量子点（CD@QD）表面成功地引入了可聚合双键.所得超分子结构能够作为交联点与N,N-二甲基丙烯酰胺（DMA）单体共聚制备杂化超分子水凝胶（Fc-Gel）,称为超分子交联点（Fc-SCL）.Fc还赋予了该结构良好的电化学敏感性.随着Fc-SCL含量的增加,Fc-Gel的力学性能有所增强.此外,该凝胶还具有良好的荧光性质.实验表明,在凝胶形成过程中,CD和Fc之间的包结络合起了关键的交联作用,因此这种凝胶是一种由超分子作用诱导的有机-无机杂化水凝胶.     

基于生物素-亲和素相互作用的胶体晶体阵列的构筑与特性

将胶体晶体阵列(crystalline colloidal arrays,CCA)的Bragg衍射特性与水凝胶的刺激响应性功能结合起来,可制成一种有效的对特定分子具有识别和响应能力的传感材料.采用无皂乳液聚合制备的单分散聚(苯乙烯-4-苯乙烯磺酸钠)纳米颗粒,通过表面电荷的静电斥力可自组装形成CCA,经光聚合固定在水凝胶网络内形成聚合胶体晶阵(polymerized CCA).在水凝胶网络中用共价结合引入生物素分子,通过强的亲和相互作用可与蛋白质亲和素生成生物素-亲和素复合物,在水凝胶网络中形成交联点,引起水凝胶体积相变,进而导致CCA晶面间距发生改变,从而引发Bragg衍射波长发生相应的移动.     

由D型氨基酸设计自组装短肽D-EAK16构建新型三维纳米纤维支架材料

采用D型氨基酸设计自组装短肽D-EAK16, 运用圆二色仪及原子力显微镜等仪器和细胞三维培养, 发现短肽D-EAK16在30 ℃时具有稳定的二级结构β-sheet, 在一定浓度下D-EAK16可形成由纳米纤维构成的透明水凝胶, 含水量高达99％, 可在细胞培养基(如PBS, DMEM)中形成支架. 细胞三维培养显示, 该水凝胶对细胞HO-8910和SPC-A-1的生长未见毒性. 比较D型氨基酸纳米支架和L型氨基酸纳米支架, 细胞的毒性未发现显著性差异. 采用D型氨基酸构建的自组装短肽, 可提供一个三维基质培养系统, 期望能广泛应用于生物医学工程等领域.     

基于环糊精二聚体与紫精聚合物的包结作用制备超分子水凝胶

制备了对苯二甲酸连接的环糊精二聚体(α,α-CD Dimer)及紫精聚合物(VP), 利用α,α-CD Dimer与VP之间的主客体识别作用构筑了一种超分子水凝胶. ¹H NMR测定结果表明α,α-CD Dimer和VP的主客体相互作用是通过α-CD空腔和VP形成包结络合物进行的. 环糊精二聚体α,α-CD Dimer和聚合物VP凝胶体系的构筑受环糊精二聚体类型的影响, 同时该超分子水凝胶对有竞争作用的客体分子表现出响应性, 该超分子水凝胶在竞争性客体分子存在的条件下, 可发生小分子诱导的凝胶与溶胶转化行为. 此外, 该凝胶体系还具有良好的热稳定性.