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。     

自黏附、近红外光响应水凝胶的制备及药物释放性能研究

水凝胶是一种亲水的三维网络结构,具有良好的生物相容性,可为细胞的迁移生长提供良好的支撑结构,常被用为细胞或药物的载体。然而,传统水凝胶缺乏对外界刺激的响应行为,难以实现在时间和空间上管理药物的释放。本文通过制备聚多巴胺-聚吡咯(PDA-PPy)纳米粒子,并嵌入聚丙烯酰胺/聚(异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)(PAM/P(NIPAm-co-AAc))水凝胶网络中,制备了具有近红外光响应的黏附水凝胶,并对其拉伸性能、黏附性、NIR药物可控释放性能进行了讨论。结果表明：1)当PDA-PPy-PAM在水凝胶中的含量增加时,水凝胶的延伸比率呈现先增加(从3倍提高到5倍)后减小的趋势,而水凝胶的断裂应力呈现逐渐下降的趋势(从60 kPa减小到30 kPa);2)所制备的水凝胶对玻璃、塑料和人体皮肤等物体表面可形成良好的黏附效果;3)水凝胶的NIR光热转换率受PDA-PPy纳米含量的影响,且随纳米粒子含量增加而提高,当纳米含量为1.8 wt%时,水凝胶在NIR下辐射10 min后,温度可达到45 ℃左右;4)载有四环素的水凝胶在NIR辐射下,其药物释放量逐渐提高(120 min后,达到55%左右的释放),而未被NIR辐射的水凝胶的药物释放量只有5%,且在揭取一段时间释放的药物溶液用于抗菌实验,结果表明水凝胶在NIR辐射40 min所达到的药物浓度,可达到90%以上的抗菌效率,NIR辐射时间增加至120 min的药物量可达到约100%的抗菌效率。     

温敏型微球表面接枝交联复合凝胶的制备及性能

为改善高分子微球复合凝胶响应速率慢及韧性差的缺陷,采用非交联温敏型疏水单体组装的高分子微球作为交联剂,在不外加交联剂的条件下制备微球表面接枝交联聚丙烯酰胺复合凝胶.由于微球内部无化学交联结构,因此可通过自身可逆性结构及形态改变对复合凝胶机械性能和刺激响应特性进行调控.复合凝胶具有良好的韧性,断裂伸长率和断裂强度分别可达2400%和80 k Pa,且凝胶机械强度可通过温度进行调控.由于温敏型微球交联点的存在,采用非敏感型聚丙烯酰胺为基质的复合凝胶对温度具有良好的响应性,其响应速率较传统聚N-异丙基丙烯酰胺有机凝胶提升5~10倍.     

壳聚糖水凝胶微球的制备与溶胀性能

采用三聚磷酸钠(TPP)和六偏磷酸钠(SHMP)为复合交联剂,制备了离子交联网络结构的壳聚糖水凝胶微球。分析讨论了交联剂质量配比、pH以及离子强度等对壳聚糖微球溶胀性能的影响。结果表明:使用复合交联剂制备的微球的溶胀度比单独使用TPP或SHMP的分别低62.4%和41.3%,交联效率得到明显提高;当m(TPP)∶m(SHMP)=3∶5,交联剂pH=5时,制备的微球交联程度最好,结构最密实;在pH=1.2的缓冲溶液中,溶胀度可达到357%,而且凝胶没有任何破碎。微球具有较好的离子强度和pH敏感性,在酸性介质中有较高的溶胀度。     

高强度聚乙烯醇水凝胶微球的制备

以三氯甲烷/丙酮为凝固液, 用高压静电技术制备了高强度、物理交联的聚乙烯醇(PVA)水凝胶微球. 研究了凝固液组成、PVA溶液浓度、温度和湿度、电场强度、进样速度及微球冷冻次数等对PVA微球的形貌、粒径和强度的影响. 结果表明, 采用常压水蒸气控制PVA溶液温度与湿度的高压静电技术, 可克服高浓度PVA溶液在强电场下出现微丝现象, 形成的水凝胶微球具有强度高、粒径在一定范围内可控的特点.     

聚合物纳米微球增韧水凝胶的制备与表征

通过无皂乳液聚合制备阳离子纳米微球(NPs),并将其作为疏水交联中心来制备高强韧水凝胶。体系中的疏水单体甲基丙烯酸月桂酯(LMA)在表面活性剂作用下聚集到纳米微球表面,形成疏水缔合中心,通过原位引发自由基聚合得到纳米微球杂化的聚丙烯酰胺疏水缔合水凝胶P(AAm-LMA)-NPs。当凝胶受到应力时,由纳米微球形成的动态交联点通过断裂与重组可以有效地耗散能量,极大地提高了凝胶的强度和韧性。因此,所制备的P(AAm-LMA)-NPs水凝胶表现出十分优异的机械性能,其最大拉伸强度可达860 kPa,断裂伸长率为1280%,断裂韧性为3.8 MJ/m³。聚合物纳米微球增韧水凝胶的力学性能优异,有望在生物医学和工业领域有重要应用。     

双重包埋激活脂肪酶内花凝胶微球的制备与表征

首先利用聚乙二醇8000(PEG8000)将脂肪酶激活为开放构象(PEG-Lip),再将PEG-Lip与Ca₃(PO₄)₂共结晶制得Ca₃(PO₄)₂@PEG-Lip晶体花,然后将晶体花包覆于海藻酸钙(CA)凝胶(Gel)微球中,制得一种双重包埋激活脂肪酶的内花凝胶微球CA-Gel@Ca₃(PO₄)₂@PEG-Lip.该微球呈白色椭圆状,直径约2 mm.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(EDS)、共聚焦显微镜(CLSM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征了其微观形貌和组成,发现脂肪酶被包埋在Ca₃(PO₄)₂晶体中,形成的Ca₃(PO₄)₂@PEG-Lip晶体花被包覆于海藻酸钙凝胶微球内的网络中.CA-Gel@Ca₃(PO<...     

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。     

气凝胶微球的制备及应用

气凝胶由于其优异的理化性能和广阔的应用前景,近年来的发展十分迅速。然而传统的气凝胶多为块体材料,一定程度上忽略了特殊应用场景下对尺寸和形状的特定需求。将气凝胶材料制备成微球,一方面能够拓宽气凝胶材料的应用领域,另一方面也丰富了多孔微球材料的内涵。本文从几类主要的气凝胶体系(氧化硅气凝胶、纤维素气凝胶、间苯二酚-甲醛(RF)/碳气凝胶和石墨烯气凝胶)出发,综述了这些气凝胶微球的制备方法及其应用实例,并对气凝胶微球的研究现状及发展趋势做了简要评述。     

磁性微球的制备及在细胞分离中的应用

总结评述了近年来磁性微球制备的研究工作,阐述了磁性微球用于细胞分离的基本原理和方法,指出了当前需要解决的问题。     

用于细胞三维培养的集成微柱阵列的微流控芯片设计与验证

设计并验证了一种用于细胞三维培养的集成微柱阵列的微流控芯片.芯片由一片聚二甲基硅氧烷(PDMS)沟道片和一片玻璃盖片组成, 在PDMS沟道片上集成了一个由两排微柱阵列围成的细胞培养室和两条用于输送培养基的侧沟道.微柱间距直接影响了芯片的使用性能, 是整个芯片设计的关键.基于数值模拟和实验验证, 本研究对微柱间距进行了优化设计.优化后的微流控芯片可以很好地实现细胞与细胞外基质模拟材料混合液的稳定注入、培养基中营养物质向培养室内的快速扩散和细胞代谢物的及时排出.在芯片上进行了神经干细胞的三维培养, 证明了芯片上构建的细胞体外微环境的稳定性.     

Hydrogels with Dynamically Controllable Mechanics and Biochemistry for 3D Cell Culture Platforms

Many cell-matrix interaction studies have proved that dynamic changes in the extracellular matrix(ECM)are crucial to maintain cellular properties and behaviors.Thus,developing materials that can recapitulate the dynamic attributes of the ECM is highly desired for threedimensional(3 D)cell culture platforms.To this end,we sought to develop a hydrogel system that would enable dynamic and reversible turning of its mechanical and biochemical properties,thus facilitating the control of cell culture to imitate the natural ECM.Herein,a hydrogel with dynamic mechanics and a biochemistry based on an addition-fragmentation chain transfer(AFCT)reaction was constructed.Thiol-modified hyaluronic acid(HA)and allyl sulfide-modifiedε-poly-L-lysine(EPL)were synthesized to form hydrogels,which were non-swellable and biocompatible.The reversible modulus of the hydrogel was first achieved through the AFCT reaction;the modulus can also be regulated stepwise by changing the dose of UVA irradiation.Dynamic patterning of fluorescent markers in the hydrogel was also realized.Therefore,this dynamically controllable hydrogel has great potential as a 3 D cell culture platform for tissue engineering applications.     

高分子多孔微球产品的制备及其在类病毒颗粒分离纯化中的应用

高分子多孔微球在医药领域的分离纯化中应用广泛,是重要的化工产品。高分子多孔微球的形成是一个复杂的过程,利用聚合物与有机溶剂致孔剂的相分离,可得到小于100 nm孔径的多孔微球;而水和疏水性聚合物之间相分离程度远大于有机溶剂与聚合物间的相分离程度,因此可获得大于100 nm孔径的多孔微球。针对不同应用领域选择不同的方法,设计并制备出合理的微球结构,对多孔微球的实际应用十分关键。本综述介绍了纳孔、介孔、大孔微球产品的制备方法悬浮聚合和种子聚合法,重点介绍本课题组制备超大孔微球的方法--反胶团溶胀法和W/O/W复乳法,上述两种方法解决了常规方法难以制备大孔径微球产品的问题,拓展了多孔微球在类病毒颗粒等大尺寸蛋白分离纯化领域的应用。在此基础上,以HB-VLPs为模型对比了不同孔径微球对类病毒颗粒吸附量、回收率、结构、以及纯化效果的差异,揭示超大孔微球产品在类病毒颗粒分离纯化中的优势。     

Comprehensive Examination of Mechanical and Diffusional Effects on Cell Behavior Using a Decoupled 3D Hydrogel System

Hydrogels possess several physical and chemical properties suitable for engineering cellular environments for biomedical applications. Despite recent advances in hydrogel systems for cell culture, it is still a significant challenge to independently control the mechanical and diffusional properties of hydrogels, both of which are well known to influence various cell behaviors when using hydrogels as 3D cell culture systems. Controlling the crosslinking density of a hydrogel system to tune the mechanical properties inevitably affects their diffusional properties, as the crosslinking density and diffusion are often inversely correlated. In this study, a polymeric crosslinker is demonstrated that allows for the adjustment of the degree of substitution of reactive functional groups. By using this polymeric crosslinker, the rigidity of the resulting hydrogel is controlled in a wide range without changing the polymer concentration. Furthermore, their diffusional properties, as characterized by their swelling ratios, pore diameters, and drug release rates, are not significantly affected by the changes in the degree of substitution. 3D cell studies using this hydrogel system successfully demonstrate the varying effects of mechanical properties on different cell types, whereas those in a conventional hydrogel system are more significantly influenced by changes in diffusional properties.     

羟基磷灰石/聚乳酸微粒复合生物支架的体外细胞相容性评价

利用溶液共混法以及溶剂挥发法制备了羟基磷灰石(Nano-HA)/聚乳酸(PLA)微粒,再粘结微粒加工成三维多孔Nano-HA/PLA微粒复合生物支架。借助相差显微镜、扫描电子显微镜和MTT法检测了鼠骨髓基质细胞(BMSCs)在该支架材料上的生长情况,通过细胞形态学观察和细胞增殖情况评价了该复合生物支架材料的生物相容性。结果表明,SEM观察到支架材料上培养细胞4d后,细胞主要附着、铺展在支架的低洼处或孔洞处表面,并向孔洞深部沿壁生长;在支架材料上培养细胞8d后,细胞多为梭形形态,并有许多生长角,直接贴附于支架的微粒表面,开始连片生长,有明显的增值,各组没有变形、坏死现象。支架材料上培养细胞2,3,4,5,6和8d的MTT检测表明,各实验组RGR均达到100%以上,细胞毒性为0级;细胞在支架材料上的生长曲线显示,实验组细胞活力比对照组高26%。因此,该Nano-HA/PLA微粒复合生物支架没有细胞毒性,并对细胞有良好的粘附和增殖能力,为较具潜力的骨修复材料。     

细胞培养液中多溴联苯醚以及代谢产物的GC-MS/MS测定方法

利用柱前衍生化耦合气相/质谱/质谱(GC/MS/MS),建立了细胞培养液中13种多溴联苯醚(PBDEs)、8种甲氧基化多溴联苯醚(MeO-PBDEs)和5种羟基化多溴联苯醚(HO-PBDEs)的分析方法.采用氯甲酸甲酯作为HO-PBDEs的衍生化试剂,相比传统重氮甲烷作为衍生化试剂的方法,其衍生化时间明显缩短.同时,衍...     

核壳结构PS/CeO2复合微球的制备及其在化学机械抛光中的应用

以原位化学沉淀的方法制备了不同粒径、包覆结构PS(核)/CeO2(壳)复合微球,利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、选区电子衍射、场发射扫描电子显微镜、能谱分析仪、Fourier转换红外光谱仪、热失重分析仪和ζ电位测定仪等手段对所制备样品的微观结构进行了表征。将所制备的复合微球用做磨料,考察其对二氧化硅介质层的抛光性能,用原子力显微镜观察和测量抛光表面的微观形貌、轮廓曲线和粗糙度。结果表明,所制备的PS/CeO2复合微球具有核壳包覆结构,粒径分别约为140,180和220 nm,PS内核被粒径约为5 nm的CeO2颗粒均匀包覆。AFM结果显示,复合磨料的粒径越小,抛光后表面粗糙度越低;且酸性(pH=3)比碱性(pH=10)抛光浆料具有更好的抛光效果。     

聚丙烯酰胺/聚乙烯醇水凝胶的制备及其在海洋在线监测参比电极中的应用

本文采用正交试验设计制备不同配比的聚丙烯酰胺(PAAm)与聚乙烯醇(PVA)交联的水凝胶,并对其吸水和机械性能进行评价,筛选出适合海洋环境要求的吸水性能优异、机械强度好的最优制备条件。依据该条件制备凝胶,装配成参比电极,测试其电极电位的稳定性。结果表明,该参比电极在模拟海水中有很好的电位稳定性,其稳定后电位的漂移值小于0.1mV,PAAm/PVA水凝胶能作为电解质应用于在线监测的参比电极。     

Preparation,Characterization of CeO2-ZrO2 Composite Hollow Microspheres and Their Application as Electrocatalysis Materials for Hemoglobin in Biosensor

Composite hollow microspheres of CeO₂-ZrO₂ were prepared by using anionic PSA latex particles as template and then calcining the PSA core particles at 600°C. The samples were characterized by XRD, TEM, TG, SEM, EDS, and FT-IR spectra. The effects of the proportion of CeO₂ on the structure of the microspheres were also studied. Electrochemical assay showed that the CeO₂-ZrO₂ composite hollow spheres hydrided with chitosan could be used as a novel biosensing material to detect the direct electron transfer of hemoglobin.