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。     

水凝胶纳米粒及其在生物医药领域的应用

作为环境响应性和纳米控释给药系统，水凝胶纳米粒主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的多肽类、蛋白质等生物大分子药物的给药，在生物医药领域具有越来越广阔的应用前景。本文主要综述了水凝胶纳米粒的分类、制备方法及其在生物医药领域的应用。     

智能性水凝胶

“智能”材料具有传感、处理和执行功能，水凝胶作为智能材料其应用前景良好。本文综述了智能水凝胶的近期研究发展，以Ｆｌｏｒｙ的溶胀理论着重探讨了刺激响应性，并介绍了化学机械现象及凝胶相转变。     

智能型水凝胶

智能型水凝胶是一类具有广泛应用前景的功能高分子材料，但由于传统水凝胶存在一些缺点因而限制了其应用，因此近年来围绕提高传统水凝胶的性能做了大量研究工作。本文从四个主要方面综述了近年来智能型水凝胶改性的研究进展。     

DNA水凝胶的制备及生物应用

DNA具有良好的生物相容性、生物可降解性、分子识别特性、纳米尺寸可控及特异编码等特性。近年来,DNA扮演了多种角色,不仅仅是作为生物体系的遗传物质,同样作为生物材料被用于纳米结构的构建。DNA水凝胶既保持了DNA本来的生物特性又兼具普通凝胶的特性,比如形状可塑性、一定的机械强度、输送物质等特性。DNA水凝胶按照凝胶形成化学键的类型可以分为共价键形成的化学凝胶和非共价键形成的物理凝胶; DNA水凝胶中可以引入特异性响应不同刺激的基团或者序列,从而实现对不同刺激的灵敏性响应进而拓宽DNA水凝胶的应用范围。按照刺激响应性分类可分为pH敏感型、光敏感型、温度敏感型和小分子敏感型等水凝胶。DNA水凝胶的这些特有的性质很好地将DNA纳米技术和生物技术连接起来,为其应用提供了广阔的前景。DNA水凝胶作为一种具有智能响应的材料也越来越多地被应用到生物传感、药物输送、三维细胞培养等方面。本文主要综述了DNA 水凝胶的分类以及近几年来DNA水凝胶中的不同刺激响应型DNA水凝胶的制备及其生物应用,最后对其以后的研究前景进行了展望。     

智能水凝胶在生物医学领域中的研究进展

水凝胶是最常用的生物材料之一。它们在化学和结构上的多样性使其能够在广泛的场景中使用,目前 水凝胶材料在生物医药领域主要用于药物输送、癌症治疗和伤口愈合等。聚合物网络是水凝胶的核心组成部分,赋予水凝胶最独特的功能和性质。在分子层面上可以控制水凝胶的连接方式和聚合物的网络结构。因此,在材料研发的初期,了解聚合物网络的连接方式、结构、功能和特性,选择合适的聚合物对于制备特定功能的水凝胶至关重要。本文首先概述了水凝胶的凝胶机理和影响凝胶的因素,在分子层面上可以控制聚合物网络的形成,从而制备临床上需要的水凝胶。最后介绍了水凝胶在临床医学上的应用,展望了水凝胶材料的未来发展趋势。     

DNA水凝胶在生物传感中的应用和发展

脱氧核糖核酸(DNA)是一种重要的生物分子,具有许多独特的性质如:信息传递、分子识别、可编辑等.DNA水凝胶同时具有DNA分子和水凝胶材料的优势,并且可以引入其他纳米材料获得多功能杂化水凝胶.相比于传统水凝胶,DNA水凝胶具有良好的特异识别能力以及可以按需设计的性质,从而被广泛应用于生物传感领域.本文围绕DNA水凝胶的...     

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.     

基于动态化学的自愈性水凝胶及其在生物医用材料中的应用研究展望

自愈性材料具有自我修复损伤的特点, 能够增加使用材料的安全性, 延长材料寿命, 是一种具有损伤管理性能的智能新材料. 基于动态化学的自愈性水凝胶是近来备受关注的一种自愈性材料, 由具有动态特性的交联网络构建形成. 交联作用为动态化学键, 即非共价键, 如弱相互作用的氢键、分子间作用力(范德华力)、配位作用、亲疏水作用等, 或可逆共价键, 如温和条件下可逆的亚胺键、双硫键、酰腙键等. 这种材料具有本征性的自愈性, 一方面可应对外界破坏造成的损伤, 进行自我修复. 另一方面动态化学键对多种环境刺激具有响应性, 能自我调节以适应环境变化, 为将自愈性水凝胶开发为自适性多功能智能新材料奠定了基础. 水凝胶具有优越的生物相容性以及和生物组织的相似性, 在生物医用材料中如药物控制释放、组织工程修复、生物仿生等领域发挥着越来越大的作用, 而开发具有自愈性的多功能智能水凝胶, 将进一步拓展其应用. 综述了近来基于动态化学的自愈性水凝胶的制备及其在生物医用材料领域中的应用研究.     

医用高分子水凝胶的设计与合成

作为一类重要的医用功能材料,高分子水凝胶可望在药物控释、软骨支架构建、活性细胞封装等方面获得广泛应用。综述了基于化学交联和物理交联的有关水凝胶的设计与合成方法,重点介绍了通过自由基共聚反应、结构互补基团间化学反应形成的化学交联水凝胶以及通过荷电相反离子问相互作用、两亲性嵌段或接枝共聚物疏水缔合、结晶与氢键相互作用形成的物理交联水凝胶。     

Responsive DNA‐Based Hydrogels and Their Applications

The term hydrogel describes a type of soft and wet material formed by cross‐linked hydrophilic polymers. The distinct feature of hydrogels is their ability to absorb a large amount of water and swell. The properties of a hydrogel are usually determined by the chemical properties of their constituent polymer(s). However, a group of hydrogels, called “smart hydrogels,” changes properties in response to environmental changes or external stimuli. Recently, DNA or DNA‐inspired responsive hydrogels have attracted considerable attention in construction of smart hydrogels because of the intrinsic advantages of DNA. As a biological polymer, DNA is hydrophilic, biocompatible, and highly programmable by Watson‐Crick base pairing. DNA can form a hydrogel by itself under certain conditions, and it can also be incorporated into synthetic polymers to form DNA‐hybrid hydrogels. Functional DNAs, such as aptamers and DNAzymes, provide additional molecular recognition capabilities and versatility. In this Review, DNA‐based hydrogels are discussed in terms of their stimulus response, as well as their applications.

     

基于动态建构化学的自愈合水凝胶及其在生物医学领域的应用展望

自愈合水凝胶与传统水凝胶相比,经受力破坏后仍可恢复其结构和功能,具有自我修复损伤的特点,是近年来备受关注的一种智能软材料.动态建构化学概念的引入,极大地促进了多响应性动态自愈合水凝胶的发展.本文综述了近年来基于动态建构化学合成自愈合水凝胶的方法,包括多重氢键作用、疏水相互作用、亚胺键、酰腙键等,并分析探讨了影响凝胶自愈合性能的因素及其在生物医学领域的潜在应用,还对其未来的发展进行了展望.     

金纳米星的制备、表面修饰及其在生物医学领域的应用研究

随着纳米技术的飞速发展,复杂三维结构的金纳米星已成为一种新型纳米材料。金纳米星具有独特的物理化学性质,如可调制的LSPR光学特性、SERS效应、光热特性、较大的比表面积等,这些性质使其在纳米材料和生物医学领域具有极高的潜在应用价值。本文首先介绍了金纳米星独特的光学性质,并对这些光学特性的理论基础进行解释;接着对近年来国内外制备金纳米星的主要方法进行阐述,主要包括种子介导生长法和一步合成法,这两种制备方法均存在各自的优缺点。在功能化的探针构筑方面,金纳米星的表面修饰主要包括两种方法：二氧化硅包裹金纳米星和高分子聚合物或生物分子修饰金纳米星。在应用方面,本文对金纳米星在生物分子检测、医学成像、肿瘤的诊断与光热治疗、药物传输和控制释放方面的最新研究进展进行了总结。最后,对目前金纳米星探针在制备和应用中存在的一些问题进行了探讨,并展望了该领域未来的研究内容和方向。     

荧光金属纳米簇的合成及其在生物医学中的应用研究进展

金属纳米簇作为一种新型的荧光纳米材料,展现出良好的生物相容性和优良的物化性质,近年来受到各个领域的关注,尤其在生物医学领域得到了广泛的应用。该文在介绍多种金属纳米簇的合成方法和光学性质的基础上,综述了金属纳米簇在生物传感、生物成像和肿瘤治疗等领域的应用研究进展,并对其面临的挑战和应用前景进行了展望。     

人造细胞的化学构建及其生物医学应用研究

人造细胞是模拟生物细胞结构,人工构建的与细胞功能相近的微米囊泡。人造细胞的构建主要有两种模式：自上而下模式主要利用生物学方法对生物基因序列进行重新设计,获得具有细胞类似结构功能的人造细胞;自下而上模式主要利用化学方法采用非生命物质构筑简化的细胞结构模型。自下而上化学模式构建的人造细胞大多只包含执行所需功能的最小单元,具有简单的细胞仿生的结构与功能。本文详细综述了人造细胞的构建模式以及化学构建人造细胞的常见类型,包括脂质囊泡、蛋白体囊泡、聚合物囊泡、凝集体液滴和胶体囊泡等,总结了人造细胞在分析传感、细胞结构与功能模拟、生物载体转运、微纳米反应器、疾病诊疗方面的生物医学应用现状。     

可拉伸超韧水凝胶的制备和应用

综述了可拉伸超韧水凝胶的设计原理及其在组织工程和柔性电子器件领域的应用.通过将网络结构层次、化学结构、增韧机制与宏观力学性能相结合,重点讨论了单网络水凝胶、双网络水凝胶、纳米复合水凝胶及其它水凝胶等可拉伸超韧水凝胶的研究进展,并总结和展望了新思路和新方向.