光固化水凝胶负载骨髓间充质干细胞修复大鼠颅骨缺损

目的探讨新型甲基丙烯酸酐化明胶(gelatin methacryloyl,GelMA)/骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)复合水凝胶应用于大鼠颅骨缺损区的成骨性能,为骨再生生物材料的应用提供实验依据。方法本研究经南京大学动物伦理委员会批准。通过组合光引发剂苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂[lthium phenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphinate,LAP]、GelMA、BMSCs构建光固化复合生物水凝胶GelMA/BMSCs,扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和能量色散X射线光谱仪(energy disper-sive X-ray spectroscopy,EDX)检测GelMA凝胶表面微观形态及元素构成,电子万能试验机测试凝胶压缩强度。将GelMA/BMSCs水凝胶在体外培养1、2、5 d后,通过CCK-8检测水凝胶包封的BMSCs细胞增殖活性,利用共聚焦显微成像技术观察其存活情况和细胞形态;在大鼠颅骨制备5 mm临界骨缺模型,经复合水凝胶治疗的为GelMA/BMSCs组,不做任何处理的为对照组。分别于术后第4、8周拍摄Micro-CT测算骨缺损面积和新生骨指标,第8周处死大鼠取缺损区颅骨样本进行H&E染色、Van Gieson染色和Goldner染色评价新生骨的质量。结果SEM观察到固化的GelMA内部呈现3D海绵状大孔凝胶网络,大孔形貌均匀,孔隙率为73.41%,孔径为(28.75±7.13)μm;EDX结果显示C和O均匀分布在水凝胶的网状大孔结构上;水凝胶压缩强度为152 kPa,GelMA/BMSCs培养第5天,镜下细胞形态铺展,从卵圆形变为梭形,CCK-8检测结果显示细胞增殖159.4%。术后第4周,Micro-CT三维重建图像显示对照组的骨缺损范围未见明显缩小,GelMA/BMSCs组骨缺损内部可见大量新骨生成;术后第8周,对照组骨缺损仍无明显变化,仅可见少量新生骨,GelMA/BMSCs组颅骨缺损基本愈合;第4周与第8周的定量分析发现,GelMA/BMSCs组大鼠颅骨缺损处新生骨量(new bone vol-ume,BV)、骨体积分数(new bone volume/total bone volume,BV/TV)、骨表面积(bone surface,BS)、骨表面积组织体积比(bone surface/total bone volume,BS/TV)均优于对照组(P<0.05)。第8周组织学染色结果显示GelMA/BMSCs组骨缺损处形成连续且致密的骨组织,而对照组仅在缺损边缘可见少量不连续新骨生成,缺损处主要为纤维结缔组织。结论光固化水凝胶的干细胞疗法具有良好生物安全性,在诱导大鼠颅骨缺损区新骨形成的同时促进骨成熟,具有潜在的临床转化前景。

不同构型精氨酸改性壳聚糖水凝胶促皮肤创面的修复

背景:目前临床皮肤创面愈合仍然是一大难题,而具有免疫调节功能的生物材料成为当下组织修复领域的研究前沿,因此,研究具有免疫调节功能的创面敷料具有重要意义。目的:制备不同构型精氨酸改性壳聚糖水凝胶,评估其促大鼠创面愈合的能力。方法:①体外实验:采用EDC/NHS体系分别合成了单纯左旋精氨酸、单纯右旋精氨酸及左旋精氨酸与右旋精氨酸联合改性的壳聚糖材料,以醛基化的四臂聚乙二醇为交联剂,通过席夫碱反应构建精氨酸改性壳聚糖水凝胶,依次命名为CS-L、CS-D、CS-DL水凝胶,表征水凝胶的理化性能。将3种水凝胶浸提液分别与成纤维细胞共培养,采用CCK-8法及活死染色评价水凝胶的细胞相容性,通过划痕实验评价水凝胶对成纤维细胞迁移能力的影响。将3种水凝胶分别与大鼠红细胞悬液共孵育,评估水凝胶的血液相容性。将3种水凝胶浸提液分别与巨噬细胞RAW264.7共培养,评估水凝胶对细胞产生NO及极化分型的影响。②体内实验:采用随机数字表法将36只成年SD大鼠分为4组,每组9只,在每只大鼠背部制作2个2 cm×2 cm的全层皮肤缺损创面,对照组创面滴加生理盐水,CS-L组、CS-D组、CS-DL组创面分别滴加对应的水凝胶,包扎固定。术后定期观察创面愈合情况;术后3,10,21 d取材,进行苏木精-伊红染色;术后10 d取材,进行M2型巨噬细胞免疫荧光染色。结果与结论:①体外实验:扫描电镜下可见3种水凝胶内部均有明显的互穿网络结构,孔径范围70-200μm;3种水凝胶均具有良好的溶胀性能、降解性能、自愈合性能及合适的机械强度。3种水凝胶具有良好的细胞相容性与血液相容性,可促进成纤维细胞的迁移。3种水凝胶均具有促进巨噬细胞极化的能力,其中CS-D水凝胶促巨噬细胞极化能力最强;CS-L水凝胶具有促进巨噬细胞产生NO的能力。②体内实验:术后3,10 d,CS-L组、CS-D组大鼠创面愈合率高于对照组(P<0.05);术后21 d,3种水凝胶组大鼠创面愈合率高于对照组。苏木精-伊红染色显示,术后3 d,各组大鼠创面组织中都有大量炎性细胞浸润,伴有新生血管及成纤维细胞;术后10 d,对照组创面中仍有较多炎性细胞浸润,其他3组炎症情况有所改善,特别是CS-D组炎症细胞减少较为明显;术后21 d,各组创面上皮修复良好,CS-L组和CS-D组基本无炎症细胞浸润,对照组仍有少量炎症细胞浸润。免疫荧光染色显示,CS-D组M2型巨噬细胞数量多于其他3组(P<0.05)。③结果表明:不同构型精氨酸改性壳聚糖水凝胶可以通过不同机制促进创面愈合。

壳聚糖复合水凝胶的制备方法及在水处理中的应用

壳聚糖由于来源广、吸附性能强和可自然降解等优点成为备受关注的天然吸附剂。壳聚糖复合水凝胶(CCH)材料是以壳聚糖为主要原料,通过化学、物理等方法改性后得到的新型复合材料。介绍了化学交联、物理交联以及互穿网络等合成壳聚糖复合水凝胶的主要方法。综述了近年来使用CCH对工业废水中常见染料、重金属离子和其他常见污染物的吸附机理和处理效果,讨论了当前利用CCH在处理工业废水中各种污染物时存在的问题及解决方法。最后对CCH在合成方法、选择性吸附、回收利用和智能改性等方面进行了展望,为深入研究提高CCH材料性能及拓宽其在工业废水处理中的应用范围提供了思路。

甲基丙烯酰明胶水凝胶作为细胞三维培养支架在骨组织工程中的应用

背景:骨缺损的治疗一直是临床医生亟待解决的临床难题,用甲基丙烯酰明胶进行细胞体外3D培养,可以为大面积骨缺损的治疗提供新的方向。目的:文章综述了甲基丙烯酰明胶作为3D细胞培养支架在骨组织工程中的研究进展,以期为临床骨缺损修复提供进一步的参考。方法:应用计算机检索中国知网及PubMed数据库1986年1月至2023年8月收录的文献,中英文检索词分别为“骨缺损,骨组织工程,生物支架材料,水凝胶,光交联水凝胶,甲基丙烯酰明胶,三维培养,细胞培养”和“Bone defect,Bone tissue engineering,Biomaterial scaffold,Hydrogel,Methylacrylyl photocrosslinked hydrogel,Three-dimensional culture;Cell culture”,最终纳入68篇文献进行综述分析。结果与结论:①同二维培养相比,3D培养可以在无菌条件下,构建立体三维空间,更好地模拟体内环境,为细胞提供合适的温度、酸碱度及足够的营养,使细胞能够在体外正常生长增殖并保持其正常结构与功能,具有独特优势。②在骨组织工程生物支架材料的选择中,水凝胶因其良好的生物相容性、可降解性及具有立体三维网络结构等优点,已被广泛应用于骨再生的研究。③甲基丙烯酰明胶的物理及生物性能受到浓度、光照时间及光引发剂种类以及反应体系等因素的影响,而这些性能均能对细胞的黏附、生长及增殖,甚至细胞形态及功能产生一定的影响。④甲基丙烯酰明胶因具有良好的生物相容性、物理可调节性、可注射性及光敏性能,已被广泛应用于3D细胞封装、3D生物打印及基于数字光处理的立体光刻技术等细胞3D培养体系中。⑤应用各类复合甲基丙烯酰明胶进行细胞的3D培养,可以更好地促进血管形成及骨再生,为临床骨缺损的治疗提供更多可能。⑥目前甲基丙烯酰明胶的来源、合成的方法以及安全性尚没有健全的标准,需要进一步加强研究,对甲基丙烯酰明胶在3D细胞培养领域的应用进行更深入的完善。

淀粉基水凝胶St/CMC-g-PAA对Cu^(2+)的吸附性能研究

以玉米淀粉(St)、羧甲基纤维素钠(CMC)为原料,丙烯酸(AA)为接枝单体,通过接枝和交联反应合成了淀粉基水凝胶St/CMC-g-PAA。考察了投药量、pH、Cu^(2+)初始浓度(ρ0)、吸附时间对吸附效果的影响。结果表明,当ρ0=40 mg/L,投药量为300 mg/L,pH=5.2时,Cu^(2+)的去除率可达92.7%。实验数据拟合结果表明,水凝胶对Cu^(2+)的吸附过程符合Langmuir吸附模型和准二级动力学模型,属于单分子层的化学吸附过程。在25℃时,水凝胶对Cu^(2+)的饱和吸附容量qm=142.86 mg/g。水凝胶再生性能较好,经过4次吸附-脱附循环后,Cu^(2+)去除率仍可达到82.1%。

面向人体运动检测的水凝胶基柔性应变传感器设计

在可穿戴电子设备迅猛发展的背景下,构建面向人体运动检测的可穿戴柔性应变传感器成为目前传感器研究的重点之一。基于聚丙烯酰胺(PAM)、纤维素纳米晶(CNCs)、单宁酸(TA)构建了一种导电水凝胶基柔性应变传感器。机械性能与电学性能测试结果表明,相较于其他柔性应变传感器,聚丙烯酰胺-纤维素纳米晶-单宁酸导电水凝胶基柔性应变传感器具有超长的拉伸范围(0%~2 900%)、较好的黏附性、快速的响应时间(280 ms)和良好的稳定性(超320次加载-卸载循环)。该传感器对人体关节弯曲的大应变与喉部活动的小应变等运动信号具备良好的检测功能,可用作人体运动检测的柔性可穿戴传感器。

新型乌蔹莓水凝胶对湿热蕴结型痛风性关节炎的干预效果

目的探讨新型乌蔹莓水凝胶对湿热蕴结型痛风性关节炎的干预效果及作用机制。方法选取90例符合痛风性关节炎西医诊断标准、中医辨证属湿热蕴结证的患者作为研究对象,随机分成治疗组、对照组和空白组,每组30例。空白组仅采用依托考昔治疗,对照组采用依托考昔联合乌蔹莓膏治疗,治疗组采用依托考昔联合外敷乌蔹莓水凝胶治疗。比较3组临床疗效、症状改善时间、安全性、舒适性和治疗前后中医证候积分、血清炎性因子[C反应蛋白(CRP)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、血沉(ESR)]、NF-κB信号通路相关蛋白、疼痛视觉模拟评分法(VAS)评分、关节活动度变化情况。结果治疗组、对照组治疗总有效率分别为93.33%、90.00%,高于空白组的70.00%,差异有统计学意义(P<0.05);治疗组疼痛、红肿、压痛、关节活动受限症状改善的时间短于对照组、空白组,差异有统计学意义(P<0.05);治疗7 d后,治疗组中医证候积分低于对照组、空白组,治疗组、对照组血清CRP、TNF-α、ESR水平和NF-κB信号通路相关蛋白P50、P65表达低于空白组,差异有统计学意义(P<0.05);治疗组治疗7 d后VAS评分低于对照组、空白组,且治疗组用药舒适度评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);3组不良反应发生率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论乌蔹莓水凝胶对痛风性关节炎的治疗效果优于乌蔹莓膏,其作用机制可能与调控NF-κB通路、抑制炎性因子表达有关,且水凝胶使用方便卫生,舒适性高,有望成为安全、有效、便捷的痛风性关节炎外敷中药。

水凝胶在前列腺癌图像引导放疗中的应用价值

目的评价水凝胶在前列腺癌(PCa)图像引导放疗(IGRT)中的应用价值。方法收集2022年10月-2023年2月河北北方学院附属第一医院收治的PCa患者80例。采用中央随机系统分配法将患者分为试验组(n=33,注入水凝胶)与对照组(n=47,未注入水凝胶)。比较两组急性和晚期放射性直肠炎(RP)发生率。根据试验组患者是否发生RP分为发生RP组(n=5)与未发生RP组(n=28),采用单因素和多因素logistic回归分析PCa患者RP发生的独立危险因素。结果试验组12.1%(4/33)的患者发生急性Ⅰ级RP,3.0%(1/33)的患者发生晚期Ⅰ级RP。对照组31.9%(15/47)的患者发生急性Ⅰ级RP,12.8%(6/47)的患者发生急性Ⅱ级RP;19.1%(9/47)的患者发生晚期Ⅰ级RP,4.3%(2/47)的患者发生晚期Ⅱ级RP,2.1%(1/47)的患者发生晚期Ⅲ级RP。试验组急性和晚期RP发生率低于对照组(P<0.05),水凝胶的应用有效降低了直肠毒性。多因素logistic回归分析结果显示,年龄、直肠体积、V_(70)、V_(78)均为导致PCa患者发生RP的独立危险因素(P<0.05),水凝胶各项特征与PCa患者RP的发生无关。结论水凝胶可有效降低PCa患者IGRT中直肠毒性且对整体治疗影响较小,具有一定临床应用和推广价值。

羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶修复兔骨软骨缺损

背景:关节骨软骨缺损是目前骨科医生面临的难题,传统修复方法难以取得满意疗效,以羟基磷灰石-聚乙烯醇为基础的复合水凝胶材料是目前研究的一个方向。目的:制备羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶,表征其物理学特征,验证其植入体内后的组织相容性及细胞黏附增殖能力,探讨其对兔骨软骨缺损的修复效果。方法:利用3D打印技术制备圆柱状多孔聚乳酸支架(孔径分别为1.2,1.4,1.6,1.8 mm),再将聚乙烯醇及羟基磷灰石混合乳液灌入聚乳酸支架中,经过冻融及二氯甲烷溶解后制成羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶。然后将胶原-壳聚糖-明胶混合液灌入羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶中,利用京尼平进行交联,最后经乙醇清洗及冷冻干燥制成羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶,表征4组水凝胶的物理学特征,筛选性能最优的水凝胶进行后续实验。将羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶、胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶分别植入SD大鼠皮下,苏木精-伊红与Masson染色观察材料表面的细胞黏附生长状况。在15只兔双侧膝关节股骨滑车制作骨软骨缺损(直径5 mm、深6 mm)模型,左侧植入复合水凝胶(实验组),右侧未植入任何材料(对照组),Micro-CT及组织学检测来评估其对骨软骨缺损的修复效果。结果与结论:①综合孔隙率、含水率、力学测试及扫描电镜结果,得出孔径1.2 mm的羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶更符合天然软骨的一般特性,用于后续实验;②苏木精-伊红与Masson三色染色显示,随着材料植入大鼠皮下时间的延长,两种材料周边黏附的细胞均明显增多,其中胶原-壳聚糖-明胶植入后的细胞增殖状况更好,可见大量细胞长入其形成的网状结构,且网状结构也逐渐降解;③在兔骨软骨缺损实验中,至术后8周时,Micro-CT检查显示实验组植入的材料和周围骨-软骨整合良好,其表面及内部均有部分骨长入,对照组软骨及软骨下层仍然存在明显的缺损,未形成有效修复;苏木精-伊红与甲苯胺蓝染色显示,实验组植入复合水凝胶4-8周后即与周围骨软骨发生整合,随着时间的延长材料表面逐渐有新生软骨形成,至12周时缺损处大部分被新生软骨覆盖,软骨下层也出现良好的骨长入;对照组至术后12周虽然深层骨缺损大部分修复、浅层的软骨及软骨下骨缺损也有一定程度修复,但主要被纤维组织及部分纤维软骨替代;④结果表明,羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶材料可仿生天然软骨的结构和功能,在动物实验中能有效修复骨软骨缺损。

聚乙烯醇/角蛋白/碳纳米管自愈合导电水凝胶的构建

为了进一步提高聚乙烯醇水凝胶的力学性能和导电灵敏性,本文以聚乙烯醇(PVA)为原料,以羊毛角蛋白(KE)和三氯化铝(AlCl_(3))为交联剂,添加碳纳米管(CNT)作为导电载体,制备出具有互穿双网络结构的自愈合导电水凝胶。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)等测试手段对PVA/KE/CNT复合水凝胶进行测试分析。结果表明,AlCl_(3)中的Al^(3+)与角蛋白中的—COOH、—OH配位络合促使角蛋白间相互交联形成团簇,同时AlCl_(3)中的Al^(3+)也与PVA中的—OH交联形成紧密结构,增强了水凝胶的强度和韧性,CNT被两种交联结构紧紧包裹并赋予水凝胶导电性能。CNT的加入使复合水凝胶的韧性增加,添加质量分数为4%和5%的CNT可明显提升材料的强度;所制备的水凝胶都具有较好的自愈合性能,在一定范围内的自愈合性能与愈合时长成正比,12 h的愈合时长效果最佳;加入CNT使水凝胶电阻下降,添加质量分数为2%~5%的CNT后水凝胶电阻分别为8.98、4.56、3.81、3.12 kΩ。这种力学性能、自愈性能和导电性能均良好的水凝胶与人体运动检测应用具有天然的柔韧匹配性,在电子皮肤和柔性传感器领域有很好的应用前景。

1-MCP缓释水凝胶对采后草莓果实品质和抗病性的影响(英文)

近年来,已有大量的研究探究了1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)在水果保鲜方面的应用,这些研究大多集中于呼吸跃变型果实。然而,对于1-MCP的保鲜应用仍缺乏高效缓释产品,且其在草莓等典型非呼吸跃变果实中的作用仍待进一步探究。本研究基于水凝胶体系开发了一种用于草莓保鲜的1-MCP水凝胶控释保鲜剂。该保鲜剂的水凝胶体系利用丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸(AA)两种单体和交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA),在二苯基氧化磷(TPO)的引发下,于水溶性体系中,将1-MCP粉末包裹在多孔水凝胶体系内,制得1-MCP缓释水凝胶,并将其用于常温下草莓保鲜。结果显示,该凝胶具有优异的1-MCP缓释性能,能够均匀且缓慢地释放1-MCP气体,其第12 h的释放率分别是1-MCP粉末组和1-MCP水溶液的7%和3%,达到长期有效释放的效果。果实保鲜实验表明,该凝胶能使草莓果实实现更低的失重率、腐烂率,在第6 d时,实验组比对照组分别低了20%和21%。除此之外,1-MCP缓释水凝胶能使草莓维持更好的果实色泽、更高的硬度、可溶性固形物含量(TSS)和可滴定酸含量(TA),实验组在第2 d时,其a*值、b*值和L*值分别比对照组高了11%、11%和6%,第6 d的硬度、TSS和TA分别比对照组高了21%、15%和18%。综上,1-MCP水凝胶具有缓释1-MCP、提高果实品质等多种功能,且制备方便,可用于草莓等水果的采后保鲜。

骨组织工程中研究水凝胶微球的特征

背景:水凝胶微球由于其多孔性和可注射性等在递送细胞和生物活性因子/药物、构建组织修复支架等生物医学领域展现独特优势,具有广阔的应用前景。目的:综述基于水凝胶微球的骨组织工程最新研究进展,讨论基于水凝胶微球的骨组织工程研究面临的关键问题和挑战。方法:应用计算机检索PubMed和中国知网数据库收录的相关文献。英文检索词为“hydrogels,microparticles,microspheres,microcarriers,bone,bone defect,bone repair,bone healing,bone tissue engineering”,中文检索词为“水凝胶,微球,微粒,骨组织工程,骨缺损,骨修复,骨再生”。检索文献时限为2002-2022年,最终纳入127篇文献进行综述。结果与结论:①目前,不同的水凝胶微球材料已被开发用于骨组织工程策略并取得了较好的效果,如搭载细胞或生物活性因子/药物的水凝胶微球、作为生物支架的水凝胶微球、刺激响应性水凝胶微球、生物矿化水凝胶微球、与其他生物材料结合的水凝胶微球等。②基于水凝胶微球的骨组织工程修复策略主要通过促进干细胞的招募与成骨分化、调节损伤局部炎症微环境以及促进损伤部位血管生成等机制来调控骨修复。但目前的研究没有深入探索基于水凝胶微球的骨组织工程诱导内源性干细胞招募与分化,以及水凝胶微球的理化性质对炎症微环境的调控,且水凝胶微球的体内长期不良反应尚未探明,批量生产存在困难,因此,未来的研究需要在机制探索和技术路线上加强深入,从而为开发能够用于临床转化的水凝胶微球材料提供合理参考。

阿仑膦酸钠/壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜的制备与表征

背景:骨质疏松症是牙种植治疗的高风险因素,制备缓释阿仑膦酸钠的组织工程支架应用于骨质疏松患者口腔种植手术是当前口腔骨组织工程研究热点。目的:制备阿仑膦酸钠/壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜,表征其缓释性能。方法:(1)采用物理交联法制备不同质量比(壳聚糖与聚乙烯醇的质量比分别为3∶7、5∶5、7∶3)的壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜与单纯的壳聚糖、聚乙烯醇水凝胶膜,通过表征水凝胶膜的形貌、水接触角、力学性能、溶胀率与细胞相容性筛选适宜的水凝胶膜作为阿仑膦酸钠的载体。(2)制备含0,0.4,1.2,2.0 mg/L阿仑膦酸钠的单纯壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜,将大鼠骨髓间充质干细胞分别与4组水凝胶膜共培养,通过CCK-8法与CD44免疫荧光染色检测水凝胶膜的细胞相容性。将载药壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜浸泡于PBS中,采用紫外可见分光光度法检测复合水凝胶膜的药物释放性能。结果与结论:(1)表征结果显示,随着水凝胶膜中聚乙烯醇质量的增加,水凝胶膜的结构密度增加、孔隙率减少,水接触角(均在90°以内)、断裂伸长率与抗压强度增大,平衡溶胀率降低,对大鼠骨髓间充质干细胞的增殖均无影响,单纯壳聚糖水凝胶膜可促进大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,3∶7、5∶5比例复合水凝胶膜不影响大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,单纯聚乙烯醇水凝胶膜、7∶3比例复合水凝胶膜抑制大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,综合以上结果,选择5∶5复合水凝胶膜作为阿仑膦酸钠的载体。(2)CCK-8检测结果显示,含0.4,1.2 mg/L阿仑膦酸钠组复合水凝胶膜无细胞毒性;CD44免疫荧光染色结果显示,含0.4 mg/L阿仑膦酸钠组复合水凝胶膜不影响大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,含1.2,2.0 mg/L阿仑膦酸钠组复合水凝胶膜抑制大鼠骨髓间充质干细胞的黏附;含0.4,1.2,2.0 mg/L阿仑膦酸钠的壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜在最初6 h内爆发性释放阿仑膦酸钠,此后均匀稳定地释放阿仑膦酸钠,释放时间达96 h以上。(3)结果表明,5∶5比例的壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜具有良好的理化性能、细胞相容性,可以作为阿仑膦酸钠的缓释载体。

水凝胶微针在经皮给药系统中的研究进展

微针是一种微凸起阵列组成的微创装置,穿过皮肤角质层形成暂时性微通道,可实现对药物的经皮递送。对微针在经皮给药应用中的优缺点进行了简单阐述,重点介绍了水凝胶微针。综述了水凝胶微针的形成机制、基质材料及制备方法,并对水凝胶微针在疾病诊断和治疗方面的应用进行了介绍,指出了水凝胶微针在生物安全性、制定载药量标准等方面存在的问题,对未来的研究方向进行了展望。智能化、便携化是未来的微针发展趋势,若可以实现根据患者需求在给药时间、给药部位、给药剂量等方面的精准调控,水凝胶微针将在疾病诊断与治疗方面发挥更大的潜力。

水凝胶多场耦合计算力学

作为一种具有多场耦合特性的智能柔体材料,水凝胶的制备技术、性能表征与结构应用得到迅速发展。本文在分析水凝胶本构理论和结构设计的基础上,提出了水凝胶多场耦合计算力学的基本方法和范式,包括微观粗粒化分子动力学模拟和宏观耦合有限元方法等,计算了化学-力学耦合作用下水凝胶材料与结构的变形和应力,给出了多个数值算例与结果比较。研究指出多场耦合计算力学将成为水凝胶材料和结构分析的主要手段,并推动水凝胶等这类智柔材料的性能设计与工程应用。

导电高分子水凝胶及其应变传感性能研究进展

导电高分子水凝胶特指以本征型导电高分子聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩等作为导电组分的一类水凝胶。水凝胶的介质环境有助于导电高分子保持质子酸掺杂状态,导电高分子的有机骨架又易与水凝胶网络结合,因此含有导电高分子的水凝胶具有丰富的可设计性,在应变传感领域表现出可观的应用前景,是一种极具潜力的柔性电子材料。本文结合导电高分子水凝胶最新研究进展,系统归纳了亲水性高分子网络与刚性的导电高分子复合形成三维交联网络的构建策略,指出了提升该类材料力学性能、导电性能和抗冻性能的关键制备方法,并分析了其应变传感性能的影响因素。

壳聚糖/甘油磷酸钠/海藻酸钠/益母草碱水凝胶的抗炎与促成骨作用

背景:益母草碱具有改善微循环、抗氧化、抗细胞凋亡、清除自由基、抗炎、抗纤维化等多种生物活性作用,并且可促进骨髓间充质干细胞的成骨分化,具有应用于牙周炎治疗的潜能。目的:探讨益母草碱负载于壳聚糖/甘油磷酸钠/海藻酸钠水凝胶的抗炎与促成骨作用。方法:①分别制备壳聚糖/甘油磷酸钠/海藻酸钠水凝胶(空白水凝胶)与壳聚糖/甘油磷酸钠/海藻酸钠/益母草碱水凝胶(载药水凝胶),将两种水凝胶分别培养RAW 264.7细胞、MC3T3-E1细胞,利用CCK-8实验与活/死细胞染色检测水凝胶的细胞毒性。②将RAW 264.7细胞分5组培养:空白组常规培养24 h,脂多糖组加入脂多糖,单独水凝胶组加入脂多糖与空白水凝胶,载药水凝胶组加入脂多糖与载药水凝胶,抑制剂组加入脂多糖、载药水凝胶与PI3K抑制剂LY294002,处理24 h后,利用qRT-PCR法检测炎症相关因子mRNA表达,Western Blotting检测炎症相关因子与PI3K/AKT信号通路的蛋白表达。③将MC3T3-E1细胞分4组培养:空白组不加入任何材料,单独水凝胶组加入空白水凝胶,载药水凝胶组加入载药水凝胶,抑制剂组加入载药水凝胶与PI3K抑制剂LY294002,处理7 d后,进行碱性磷酸酶染色,利用qRT-PCR检测成骨相关因子mRNA表达水平,Western Blotting检测PI3K/AKT信号通路的蛋白表达。结果与结论:①CCK-8实验与活/死细胞染色结果显示,两种水凝胶无细胞毒性作用,具有良好的细胞相容性;②与空白组相比,脂多糖组白细胞介素6、肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β的mRNA与蛋白表达升高(P<0.05),p-AKT、p-PI3K、p-p65、p-IκBα的蛋白表达升高(P<0.05);与脂多糖组比较,载药水凝胶组上述指标的mRNA与蛋白表达均降低(P<0.05);与载药水凝胶组相比,抑制剂组上述指标的mRNA与蛋白表达均降低(P<0.05);③载药水凝胶组碱性磷酸酶活性高于空白组、单独水凝胶组、抑制剂组(P<0.05);与空白组相比,单独水凝胶组碱性磷酸酶、Runx2、骨钙素与Ⅰ型胶原的mRNA表达升高(P<0.05),p-AKT、p-PI3K的蛋白表达升高(P<0.05);与单独水凝胶组相比,载药水凝胶组上述指标的mRNA与蛋白表达均升高(P<0.05);与载药水凝胶组相比,抑制剂组上述指标的mRNA与蛋白表达均降低(P<0.05);④结果表明,壳聚糖/甘油磷酸钠/海藻酸钠/益母草碱水凝胶具有抗炎与促成骨作用,该作用可能与调控PI3K/AKT信号通路相关。

CMC/PAM/LiCl复合离子导电水凝胶及传感性能

柔性力敏传感器能够将外界的机械刺激转换为相应的电信号,在可穿戴电子设备、电子皮肤、智能机器人等领域得到了广泛的应用。为满足以上应用需求,材料需要具有可变形、拉伸、回弹、导电等性能、较高的灵敏度及较好的重现性。因此,基于双网络结构,以羧甲基纤维素(CMC)与聚丙烯酰胺(PAM)为原料,设计并制备了一种离子水凝胶,并且,探究了交联剂及无机盐含量对水凝胶力学性能及导电性能的影响。结果表明,二者之间的内在相互作用赋予了水凝胶较好的力学强度(150 kPa)及拉伸/回弹性(可压缩/拉伸循环1 000次以上),同时具有较高的透明度,其值为69.1%。将其用作组装压力传感器,具有较高的灵敏度(S=7.13 kPa-1)及较好的重现性(1 000次);将其用作组装应变传感,其仍可以表现出及时的响应(50/60 ms)及较好的稳定性(1 000次)。因此,水凝胶有望应用于人体及智能机器人的活动监测及人机界面等领域。

耐低温水凝胶基防刺复合材料的制备及性能研究

为了提升柔性防刺材料的防护效果和智能化水平,通过将水凝胶与芳纶织物进行复合,制备了一种耐低温、抗穿刺且具备应变传感功能的芳纶/水凝胶复合材料,并对水凝胶及其复合材料在25℃和-30℃环境中的拉伸性能、纱线间摩擦性能和准静态钉刺性能进行表征。结果表明:当LiCl质量分数为26%时,经LiCl溶液浸泡后的水凝胶力学性能最佳,由于甘油和LiCl溶液的共同作用,水凝胶及其复合材料在-30℃时均能保持良好的柔韧性。复合材料中芳纶与水凝胶在25℃和-30℃时均呈现了良好的界面结合,最大拔出力相比纯芳纶织物分别提高了1281%和2315%。当环境温度为25℃和-30℃时,复合材料的最大抗穿刺力可达41.92 N和72.25 N,相较纯芳纶织物分别提升了187%和394%。该复合材料在25℃和-30℃下均可实现对于不同弯曲角度(80°、60°、40°和20°)、频率(0.5 Hz、1.0 Hz、1.5 Hz、2.0 Hz)以及弯曲循环500次的稳定传感。

水凝胶在前列腺癌图像引导放疗中的应用

目的:评价前列腺癌(PCa)图像引导放疗(IGRT)中水凝胶注入后的不良事件(AE)、患者直肠毒性和生活质量(QOL)。方法:筛选2022年10月至2023年3月在我院放疗科接受IGRT的PCa患者70例。采用简单随机分配法将患者均分为注入水凝胶的试验组(n=35)和未注入的对照组(n=35)。采用疼痛视觉模拟评分(VAS)和常见不良事件评价标准(CTCAE)5.0评价术后AE。比较两组急性和晚期放射性直肠炎(RP)发生率和QOL评分。结果:试验组水凝胶注入术中和术后6 h VAS分别为(2.31±0.59)分和(1.43±0.47)分,首次大小便后分别为(1.52±0.33)分和(1.10±0.28)分。试验组5.71%和2.86%的患者分别存在严重出血和手术区域感染。试验组8.57%的患者发生了急性Ⅰ级RP,2.86%的患者发生了晚期Ⅰ级RP;对照组28.57%的患者发生了急性Ⅰ级RP,11.43%的患者发生了急性Ⅱ级RP;对照组17.14%的患者发生晚期Ⅰ级RP,5.71%的患者发生晚期Ⅱ级RP。试验组RP发生率低于对照组,水凝胶的注入降低了患者直肠毒性。自IGRT开始后第3周起,试验组QOL评分显著高于对照组(均P<0.05),水凝胶的注入在一定程度上提高了患者QOL。结论:水凝胶在PCa IGRT中应用时安全性较为理想,能够降低患者直肠毒性和在一定程度上提高QOL,具有一定临床应用价值。