导电高分子膜材料制备及其生物医用研究进展

电信号是生物体调节细胞、器官和组织生理活动的重要途径之一,导电高分子具有导电性和生物相容性,可直接向细胞或组织传递电信号,能够实现组织的修复与再生。在简要介绍导电高分子种类及其材料特性的基础上,聚焦导电高分子膜材料,深入分析该膜材料的电化学合成和化学合成法(包括溶液浇铸、静电纺丝、原位聚合和界面聚合法)的优缺点与适用范围,并对通过导电高分子膜材料构建组织修复与再生平台、药物输送系统、电化学生物传感器、人工肌肉的方法和原理进行归纳总结。未来还需探索导电高分子材料的性能优化及批量化生产方法,可根据材料最终用途选择最大化突出导电高分子特性的制膜方法,还可从其他角度探索利用导电高分子特性的可能,以拓宽其在生物医学领域的应用面。

聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶促进缺血-再灌注损伤后心脏功能的恢复

背景:导电生物材料被认为是传输心肌修复电信号的潜在候选者,将基于细胞或无细胞的策略与导电生物材料相结合以补充心肌细胞和/或恢复电信号通路,成为一种有前途的心脏修复方法。目的:评估聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶对心肌缺血-再灌注损伤大鼠心功能的改善作用。方法:采用化学氧化聚合法制备聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶,表征水凝胶的微观形貌、生物相容性与导电性。取30只成年SD大鼠,利用夹闭心脏左前降支后再松解的方法建立心肌缺血-再灌注损伤模型,造模21 d后,采用随机数字表法将大鼠分为3组:空白组向左心室梗死区及梗死边缘区内注射生理盐水,普通水凝胶组向左心室梗死区及梗死边缘区内注射壳聚糖水凝胶,导电水凝胶组向左心室梗死区及梗死边缘区内注射聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶,每组10只。设置造模后对应的时间点,分别进行心脏机械功能(超声心动图、压力-体积分析)、心脏电生理(心电图、程序性电刺激、光学映射技术、微电极阵列技术评估、八导联心电图、瘢痕区电阻率)及心脏组织学检测。结果与结论:①导电复合水凝胶表面存在大量孔隙,导电率为(3.19±0.03)×10^(-3)mS/cm,与平滑肌细胞共培养具有良好的生物相容性。②造模后105 d的超声心动图与压力-体积分析检测显示,与空白组、普通水凝胶组比较,导电复合水凝胶可明显改善心肌缺血-再灌注损伤大鼠心脏的收缩功能。造模后105 d的心电图、程序性电刺激、光学映射技术、微电极阵列技术评估、八导联心电图、瘢痕区电阻率检查结果显示,与空白组、普通水凝胶组比较,导电复合水凝胶可明显改善心肌缺血-再灌注损伤大鼠心脏的电传导功能,降低心律失常的发生。造模后105 d的心脏组织Masson染色显示,3组大鼠心肌梗死区均出现不同程度的纤维化,与生理盐水组和普通水凝胶组相比,导电水凝胶组梗死区正常心肌组织较多、纤维化程度较小。③结果表明,聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶可能通过提高梗死瘢痕区组织电传导速度、增加瘢痕厚度、增强心脏同步收缩、减少受损组织来促进缺血-再灌注损伤后梗死心肌的修复。

电活性聚苯胺/聚乳酸支架的制备及生物相容性

背景:有研究证实在电刺激条件下,聚苯胺/聚乳酸复合支架可促进神经干细胞突起的生长。目的:制备电活性聚苯胺/聚乳酸支架,观察其与大鼠嗅鞘细胞的生物相容性。方法:采用乳液聚合的方法制备聚苯胺/聚乳酸膜,电镜下观察其形态,测定其电导率。将SD乳鼠嗅鞘细胞分别接种于聚苯胺/聚乳酸膜上(实验组)与多聚赖氨酸包被的玻片上(对照组),进行细胞增殖、细胞黏附率测定及免疫荧光抗体标记观察。结果与结论:(1)扫描电镜下,聚苯胺/聚乳酸膜表面平整、均匀,可见为细小纤维形成的网格状结构,其电导率为1.5×10-5 S/cm;(2)培养1,3,5,7 d,实验组的细胞相对增殖率均在90%以上,细胞毒性为Ⅰ级;(3)培养7 d后,实验组细胞吸附率高于对照组(P<0.05);(4)培养7 d后免疫荧光检测显示,对照组S-100阳性细胞的数量及胞体面积与实验组无明显性差异(P>0.05),对照组S-100阳性细胞周长明显小于实验组(P<0.05);(5)结果表明,制备的聚苯胺/聚乳酸膜与嗅鞘细胞具有良好的生物相容性。

电缆细菌及其介导的生电硫氧化(e-SO_(x))过程研究进展

在自然环境中,微生物参与的硫化物氧化过程是地球硫元素循环的重要组成部分,然而在多数情况下,硫化物形成于海滨等沉积物下层,而氧气等电子受体位于表层,微生物如何解决其所需的电子供体和受体不在同一空间位置的问题尚不清楚.近期研究发现,电缆细菌通过生电硫氧化(electrogenic sulfur oxidation,e-SO_(x))过程将空间分离的硫氧化反应和氧气还原反应耦合起来,完美地解决了上述问题.本文总结近10年有关电缆细菌及其介导的生电硫氧化过程的研究进展,主要包括电缆细菌生存环境、生电硫氧化生态学意义、电缆细菌的鉴定与分类、生理特征、导电结构和机制等方面.发现普遍存在于海滨沉积物、淡水沉积物、水生植物根际等环境的生电硫氧化过程可以显著影响硫、铁、碳、钙、氮、磷等元素的循环,解除硫化物毒性,强化有机污染物降解.目前已鉴定出的所有电缆细菌均属于Candidatus Electrothrix属或Candidatus Electronema属.电缆细菌通过嵌入细胞膜的高导电纤维传导电子,而且已经进化出高度故障安全的内部导电网络.建议今后继续开展电缆细菌的遗传和代谢多样性、导电结构、多细胞之间能量分配机制以及导电纤维的仿生学应用开发等方面研究,为将来应用于生物能源、生物电子和生物修复等领域提供理论和思路.