仿生结构生色技术及其在纺织领域应用的研究进展

针对传统印染行业高能耗、高污染的问题,急需革新染色技术,开发具有更加高效、节能和环保的染色新方法。结构色因其色彩饱和度高、色彩长期稳定且对环境友好而受到了越来越多的关注,并取得了极大进展,尤其是在纺织印染领域。首先分析了结构色的形成原理,系统总结了结构色材料的制备新技术,包括刮涂法/喷涂法、垂直沉积法、重力沉降法、浸渍提拉法、层层自组装法、电泳沉积法、静电纺丝法、磁控溅射法、原子层沉积法等,并比较了各种技术的优劣。在此基础上,进一步探讨了结构色在纺织领域中的多维应用,指出了结构色所面临的挑战,并从仿生自然发展新型结构色材料、提高结构色色彩丰富度及力学稳定性、突破结构色规模化制备技术、完善结构色产品生态等4个方面展望了结构色的未来发展方向,以期推动结构色跨越式发展,助力“碳达峰,碳中和”国家战略。

基于炎症-血管-神经协同作用的细胞膜功能化基质用于骨缺损修复调控

目的骨组织微环境通过炎症调节、血管分化和神经支配功能调控骨组织的动态再生进程。然而,在骨修复材料设计中往往只注重对炎症调节、血管网络或神经网络的单一调控,经常忽视炎症调节、血管网络和神经网络的协同效应。本研究拟制备炎症调节-血管分化-神经分化相互协同的细胞膜功能化基质,以期改善骨再生微环境。方法通过筛选适用于骨缺损修复的杂合细胞膜、实现细胞膜对生长因子的富集性和提高细胞膜基因装载能力3种途径制备细胞膜功能化骨修复基质,在细胞层面和动物层面验证细胞膜功能化基质通过调控炎症反应、血管分化和神经分化促进骨缺损修复的能力。结果杂合细胞膜功能化基质通过调控早期炎症微环境促进颅骨缺损修复。生长因子富集的细胞膜功能化基质在体内外富集血管和神经生长因子,并通过调控周围血管和神经重建促进颅骨缺损修复。负载双si RNA的细胞膜功能化基质具有炎症调节能力,通过调控血管和神经生长因子分泌改善周围血管和神经重建,进而促进颅骨缺损修复。结论血管分化和神经分化与炎症调节的有效协同,有利于维持骨稳态,并显著调节骨再生微环境和促进骨缺损修复。本研究为不同细胞膜功能化骨修复基质的制备及其对骨缺损修复的调控作用提供理论参考。

不同刚度纳米颗粒用于肿瘤光热和化学动力学联合治疗

目的肿瘤细胞可以感知纳米颗粒(nanoparticles,NPs)的力学刺激调节其细胞摄取和治疗效率,然而,关于不同刚度NPs的制备方法相对有限,利用NPs刚度特性提升肿瘤治疗效果的研究相对较少。本文拟制备不同刚度NPs,进一步探究其对细胞摄取以及肿瘤热疗(photothermal therapy,PTT)和化学动力学(chemodynamic therapy,CDT)联合治疗的影响。方法通过超声法制备低刚度液态金属NPs,在其表面涂覆锰掺杂的二氧化硅,然后在其表面接枝聚乙二醇。检测所制备NPs的弹性模量并评估其细胞摄取能力,体外考察不同刚度NPs的PTT和CDT性能,利用细胞实验评估不同刚度NPs对肿瘤细胞(4T1)的杀伤效果,进一步通过小鼠肿瘤模型评估不同刚度NPs体内肿瘤抑制能力。结果所制备的NPs的弹性模量分别为177.63±107.65 MPa(低刚度)和954.95±175.45 MPa(高刚度),硅的涂覆提升了液态金属的光热稳定性和刚度,与低刚度NPs相比,高刚度NPs具有更优异的细胞摄取能力。锰的掺杂赋予不同刚度NPs出色的类芬顿反应活性,并在体内外表现出优异的PTT/CDT联合治疗能力。结论成功制备了不同刚度的NPs,发现所制备的高刚度NPs的细胞摄取效果优于低刚度NPs,为不同刚度NPs的制备和理解刚度特性在细胞摄取和肿瘤治疗中的作用提供重要参考价值。

仿生螺旋结构纤维增强复合材料力学性能研究进展

仿生螺旋结构纤维增强复合材料是受生物外骨骼和鳞片微观结构启发而设计的一种新型复合材料。该结构通过在单向铺层中引入的层间转角,能够显著降低复合材料在受载时的层间应力,从而提高层间粘接性能和抗冲击能力。本文综述并评价了仿生螺旋灵感的来源、常见的构型与制备工艺、静/动态力学性能的研究现状及应用前景,分析了仿生螺旋复合材料的动/静态力学响应及其力学机理,仿生螺旋铺层作为一种新兴设计思路对提升纤维增强复合材料刚度、强度及韧性等具有显著优势。通过总结现有仿生螺旋结构在复合材料领域的研究进展与不足,对未来的发展方向进行了探讨与展望。本文的研究成果对于设计力学性能优异的仿生复合材料具有理论和实践指导意义。