生物多功能貼片的案例
《AFM》青島大學(xué)胡繼霖/周祺惠：修復(fù)全層腹壁缺損的生物多功能水凝膠貼片
【摘要】
開發(fā)具有天然細胞外基質(zhì)樣結(jié)構(gòu)、在濕潤狀態(tài)下具有優(yōu)異的高粘附性、自愈能力、抗菌活性和促進組織愈合的有利細胞反應(yīng)的生物多功能貼片在臨床應(yīng)用中非常受歡迎。最近，青島大學(xué)附屬醫(yī)院胡繼霖副主任醫(yī)師，與青島大學(xué)周祺惠特聘教授科研團隊通過偶聯(lián)羧甲基殼聚糖（CMCS）和四臂聚（乙二醇）醛（4-arm-PEG-CHO）開發(fā)了生物多功能復(fù)合水凝膠，用于全層腹壁缺損修復(fù)。制備的水凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的自愈合和機械性能，在濕態(tài)下具有高粘附力，以及顯著的抗菌能力。
體外細胞實驗表明，水凝膠結(jié)合重組牛堿性成纖維細胞生長因子顯著促進細胞增殖，進而加速大鼠模型全層腹壁缺損修復(fù)。組織形態(tài)學(xué)評估表明，與臨床使用的商用聚丙烯網(wǎng)相比，設(shè)計的水凝膠貼片通過上調(diào) Ki67 的產(chǎn)生、促進膠原蛋白的形成、誘導(dǎo)新生血管形成和抑制炎癥，促進腹壁組織的厚度和完整性的增加。通過降低 IL-6、TNF-α 和 IL-1β 的表達。結(jié)果表明，這種新型生物多功能水凝膠貼片在治療全層腹壁缺損方面具有巨大潛力。相關(guān)論文以題為Bio-Multifunctional Hydrogel Patches for Repairing Full-Thickness Abdominal Wall Defect發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。
【主圖導(dǎo)讀】
圖1
A) 4-arm-PEG-CHO 的 1H NMR 譜。B) CMCS、4-arm-PEG-CHO 和復(fù)合水凝膠的 FTIR 光譜。C) CMCS 溶液、用紅色顏料染色的 4
-
arm -PEG-CHO 溶液和形成的水凝膠的照片。D) 凝膠 1-3 的凝膠點。
圖2
A) 水凝膠放大 500 倍的 SEM 圖像。
展開 麥吉爾大學(xué)李劍宇《Science Advances》受生物啟發(fā)的堅硬凝膠護套，可實現(xiàn)強大而多功能的表面功能化
【總結(jié)】
團隊報道了一種具有生物啟發(fā)性的設(shè)計和方法，
可以牢固地整合臨床上使用的外科手術(shù)縫合線，堅韌的水凝膠和各種功能材料。在縫合線
-護套界面處實現(xiàn)了牢固的粘合，并通過廣泛的實驗表征和計算仿真得到了證實。開發(fā)了一系列的TGS縫合線，這些縫合線實現(xiàn)了卓越的生物力學(xué)性能和多種功能。TGS縫線在不影響拉伸強度的情況下，表現(xiàn)出組織狀的剛度，低阻力和在接觸組織上的摩擦力。縫合線護套提供了多功能平臺，可將縫合線與功能材料融合在一起，以進行診斷，監(jiān)視和治療功能。
在一個用于高級傷口管理的平臺上，展示了抗感染，傷口床pH感應(yīng)，藥物輸送
和
NIR生物成像的應(yīng)用。TGS的輕而易舉的出現(xiàn)表明其他基于纖維的設(shè)備（如紡織品和織物）具有廣泛的設(shè)計靈活性。該平臺是集成水凝膠技術(shù)，功能材料和基于纖維的設(shè)備以開發(fā)下一代多功能材料的重要一步。這項工作將為外科工具，可穿戴和可植入設(shè)備，軟機器人以及纖維和紡織材料的開發(fā)開辟新的途徑。
參考文獻
：
Science Advances 07 Apr 2021:
Vol. 7, no. 15, eabc3012
DOI: 10.1126/sciadv.abc3012
版權(quán)聲明：「
高分子材料科學(xué)
」是由專業(yè)博士（后）創(chuàng)辦的公眾號，旨在分享學(xué)習交流高分子聚合物材料學(xué)等領(lǐng)域的研究進展。上述僅代表作者個人觀點。如有侵權(quán)或引文不當請聯(lián)系作者修正。商業(yè)轉(zhuǎn)載或投稿請后臺聯(lián)系編輯。感謝各位關(guān)注！
展開 石墨烯為基底開發(fā)多功能納米生物催化系統(tǒng)
較大的表面積和功能化的適應(yīng)性使石墨烯基納米復(fù)合材料成為固定各種生物分子、蛋白質(zhì)和酶的理想納米載體。石墨烯納米結(jié)構(gòu)被各種功能基團（即羥基、羧基和環(huán)氧化物基團）功能化后，有可能引入新的特性，從而提高固定化生物催化劑的性能，如增強在活體中的運輸能力，保護其免受蛋白酶的作用，促進電子轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)，以及在微芯片生物反應(yīng)器和微型設(shè)備中有效整合酶。在此，我們介紹了目前在利用石墨烯納米材料進行酶固定化，為一系列生物技術(shù)應(yīng)用開發(fā)強大的納米生物催化系統(tǒng)方面的進展。在總結(jié)了基于石墨烯的納米材料的工程和酶與材料的協(xié)調(diào)以提高催化性能之后，我們特別強調(diào)石墨烯和基于石墨烯的納米結(jié)構(gòu)作為理想的支持基質(zhì)，為多方面的生物技術(shù)應(yīng)用開發(fā)多功能納米生物催化系統(tǒng)的前景。在這個快速發(fā)展的領(lǐng)域，我們也概述了可能的挑戰(zhàn)和基于未來的觀點。
ABSTRACT: Given the extensive surface area and unique physicochemical attributes, including high mechanical stiffness, elasticity, strength, and superior thermal and electrical conductivity, graphene and graphene-based nanostructured materials have enticed supreme researcher’s interest in diverse fields, such as energy storage, catalysis, environmental sensing, and remediation.
展開 Biomacromolecules：富含巰基的多功能高分子交聯(lián)劑用于生物打印
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Mater.》國納中心聶廣軍：治療癌癥的多功能生物分子納米結(jié)構(gòu)
【科研摘要】
基于生物分子的納米結(jié)構(gòu)具有固有的多功能性，并具有多種生物活性，可用于癌癥納米醫(yī)學(xué)。可以精確地編程生物分子的超分子特性，以設(shè)計智能藥物傳遞載體，從而在單個設(shè)計中實現(xiàn)體內(nèi)有效傳遞，靶向藥物傳遞和組合療法。最近，
國家納米科學(xué)中心
聶廣軍教授
團隊在《
Nature Reviews Materials
》上發(fā)表了題為
Multifunctional biomolecule nanostructures for cancer therapy
的綜述。團隊討論了
基于生物分子的納米結(jié)構(gòu)，包括多糖，核酸，肽和蛋白質(zhì)
，并著重介紹了其為
多功能納米藥物設(shè)計
的巨大空間。確定了可以通過基于
生物分子的納米結(jié)構(gòu)解決的癌癥納米醫(yī)學(xué)中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)
，并調(diào)查了基于生物分子的納米結(jié)構(gòu)的
獨特生物活性
，
可編程性和體內(nèi)行為
。最后，也討論了基于生物分子的
納米結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，表征和制造中的挑戰(zhàn)
，并確定了需要克服的障礙才能實現(xiàn)臨床翻譯。
【主圖導(dǎo)讀】
圖
1：抗腫瘤多功能納米藥物中的功能元素。
圖
2：用于癌癥治療的基于核酸的納米結(jié)構(gòu)。
圖
3：基于肽的多功能納米結(jié)構(gòu)的發(fā)展。
參考文獻
：
http://doi.org/10.1038/s41578-021-00315-x
版權(quán)聲明
：「
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【往期回顧】
《J. Mater. Chem.
展開 東華大學(xué)武培怡教授團隊《Small》:“智能粘附”的多功能水凝膠離子皮膚生物傳感器
人體皮膚是一種“智能”的多功能保護性感覺器官，它可以通過各種感知功能 (如機械感、溫度感、痛覺等) 將環(huán)境刺激轉(zhuǎn)化為電信號，這些電信號可以通過相關(guān)的神經(jīng)通路轉(zhuǎn)換到大腦。近年來，水凝膠成為模擬人體皮膚的感知功能和保護功能的熱點材料。然而，對環(huán)境與水凝膠材料之間的界面相互作用的研究卻很少。為此，東華大學(xué)武培怡教授課題組開發(fā)了新一代的具有診療功能的水凝膠離子皮膚(Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2008020)。該離子皮膚具有仿生離子通道，可以將信號從非生物界面?zhèn)鬏數(shù)?em>生物界面。這一工作讓離子皮膚的功能從簡單的傳感診斷擴展到診斷治療層面。然而，我們?nèi)匀蛔⒁獾酱蠖鄶?shù)應(yīng)用在皮膚創(chuàng)面上的輔料都具有較強的粘附性。在實際應(yīng)用過程中，從傷口上剝離這些材料需要克服較強的粘附力，這很有可能對創(chuàng)面皮膚造成二次損傷。此外，真實皮膚能夠感知各種外界刺激并同時進行區(qū)分，但現(xiàn)有離子皮膚的感知功能大多數(shù)是一對一的，很難單憑一個響應(yīng)系統(tǒng)區(qū)分不同的信號。因此，提升離子皮膚的靈敏度以實現(xiàn)多重信號區(qū)分能力，設(shè)計粘附力可強弱切換的智能離子皮膚以提高實際應(yīng)用價值仍然具有挑戰(zhàn)性。
近日，東華大學(xué)武培怡教授研究團隊開發(fā)出一種基于天然大分子季胺化殼聚糖(QCS)的“智能粘附”聚電解質(zhì)水凝膠材料(QAAH)。該水凝膠制備過程簡單，通過將QCS水溶液與丙烯酸單體以一定比例混合，70 °C下熱引發(fā)自由基聚合六個小時得到。QAAH具有溫敏性和pH刺激響應(yīng)性，并集成生物相容性、導(dǎo)電性、粘附性、可拉伸性、自修復(fù)性多重功能。值得注意的是，該水凝膠的粘附性能具有溫度依賴性，可以通過體溫觸發(fā)相轉(zhuǎn)變實現(xiàn)皮膚強粘附，并通過降溫降低粘附性實現(xiàn)粘附力的強弱切換。
展開 南開大學(xué)孫平川《ACS Macro Letters》生物啟發(fā)的聚氨酯，具有帶有協(xié)同動態(tài)鍵的多功能嵌段模塊
【科研摘要】
大自然采用了一種引人入勝的策略來制造高性能的生物材料，例如蜘蛛絲，它通過分層結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出無與倫比的剛度，拉伸強度和韌性組合。
然而，制造具有這種優(yōu)異性能的合成聚合物仍然是一項艱巨的任務(wù)。
受到蜘蛛絲中多嵌段骨架和致密氫鍵結(jié)合以及貽貝貽貝中微妙的鐵
-兒茶酸配合物的整合的啟發(fā)，
南開大學(xué)
孫平川教授
團隊
提出了一種具有多功能嵌段模塊的新型分子設(shè)計，以獲得具有優(yōu)異機械性能，自生性的聚合物材料。修復(fù)能力和可再加工性。
通過將可逆鐵-鄰苯二酚（DOPA-Fe
3+
）交聯(lián)和帶有2-脲基-4- [1H]-嘧啶酮（UPy）二聚體作為多功能嵌段的四重H鍵引
入帶有氨基甲酸酯嵌段和半結(jié)晶聚己內(nèi)酯（
PCL）嵌段
的分段聚氨酯骨架中來實現(xiàn)。
這兩種類型的動態(tài)交聯(lián)結(jié)充當犧牲鍵，可在外部應(yīng)力負荷下有效地耗散能量，使雙重物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有更高的韌性和斷裂伸長率。
TOC
.
此外，DOPA-Fe
3+
配合物可以增加PCL的結(jié)晶，從而顯著提高楊氏模量和拉伸強度。固態(tài)NMR揭示了UPy二聚體中四重H鍵的形成以及DOPA-Fe
3+
絡(luò)合物的存在，這限制了流動相的遷移性并增強了PCL域的結(jié)晶度。這項工作為開發(fā)具有自我修復(fù)和可再加工特性的生物啟發(fā)材料提供了一種可行的方法，此外還兼顧了剛度和韌性的增強。
相關(guān)論文以題為
Bioinspired Polyurethane Using Multifunctional Block Modules with Synergistic Dynamic Bonds
發(fā)表在《
ACS
Macro Letters
》上。
展開 可拉伸的紗線嵌入式摩擦納米發(fā)電機作為電子皮膚用于生物力學(xué)能量采集和多功能壓力傳感
【小結(jié)】
本文中報道了一種可拉伸的摩擦納米發(fā)電機的簡單制備方法，其可以作為多功能電子皮膚使用并實現(xiàn)了能量富集和多功能壓力傳感。該電子皮膚具有透明性和拉伸性、高敏感性以及優(yōu)異的機械穩(wěn)定性并可以用作個性化智能假肢、實時計步器、以及自供電的柔性數(shù)字鍵盤等。此外，該類摩擦納米發(fā)電機有望在人形機器人、生物醫(yī)學(xué)假肢、生理監(jiān)測、自供電運動傳感和人機接口設(shè)備等領(lǐng)域進一步得到應(yīng)用。
文獻鏈接：A Stretchable Yarn Embedded Triboelectric Nanogenerator as Electronic Skin for Biomechanical Energy Harvesting and Multifunctional Pressure Sensing (Adv. Mater. 2018, DOI: 10.1002/adma.201804944)
【團隊介紹】
在佐治亞理工學(xué)院王中林院士帶領(lǐng)下，董凱博士、吳秩譯博士等研究員開發(fā)設(shè)計了一種具有機械能采集和多功能信號傳感功能的電子皮膚。該電子皮膚是基于摩擦納米發(fā)電效應(yīng)，將三束扭轉(zhuǎn)的導(dǎo)電尼龍紗線組成的平面紗線導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)埋入到硅膠彈性體中，實現(xiàn)機械能采集和多功能壓力信號傳感。
展開 