多功能纳米纤维素基水凝胶伤口愈合材料的研究进展

纳米纤维素具有良好的生物相容性和无毒性,基于纳米纤维素的新一代水凝胶伤口愈合材料研究逐渐成为热点,但用纳米纤维素制备水凝胶伤口愈合材料面临诸多挑战,如愈合材料的自愈合、促细胞增殖、抗菌和可注射性能的提高等。本文对纳米纤维素基水凝胶伤口愈合材料以上性能的提高研究进行了综述,重点讨论了纳米纤维素经改性、交联、复合等技术制备纳米纤维素基水凝胶的过程与方法,总结了合成机理并展望了纳米纤维素基水凝胶伤口愈合材料多功能化的发展趋势。

聚乙烯醇水凝胶功能化改性研究进展

PVA水凝胶化学性质稳定、无毒、生物相容性好、耐生物老化、吸水量高及易于加工,广泛应用于固定化载体、药物释放、组织工程等领域。综述了当前国内外聚乙烯醇水凝胶的制备方法最新研究进展,详细介绍了国内外关于聚乙烯醇水凝胶的力学性能、溶胀性能、细胞亲和性、智能化等改性方法的研究进展。最后展望了未来聚乙烯醇水凝胶功能化改性的研究方向和前景。

细菌纤维素基水凝胶的制备及传感器应用进展

概述了细菌纤维素和水凝胶两种材料的优势,综述了功能性细菌纤维素水凝胶的制备及其功能化方法,介绍了原位合成法、异位合成法中的浸渍法、溶解再生法的原理、优缺点及相关研究进展。基于细菌纤维素水凝胶具有优异的机械性能、生物相容性、可降解性和可修饰性等诸多特性,总结了细菌纤维素基水凝胶在传感器领域的最新进展,包括应变传感器、pH传感器和热传感器、电响应传感器、湿度传感器。最后对细菌纤维素基水凝胶的发展前景进行了展望。

木质纤维素各组分在其复合水凝胶制备及功能化中的关键作用

近年来,木质纤维素复合水凝胶的制备及功能化等研究备受关注,特别是木质纤维素多组分或全组分复合水凝胶的研究取得了一系列重要的进展。本文综述了木质纤维素复合水凝胶制备中纤维素、半纤维素、木质素等各组分的关键作用及其在生物医药、污水处理、催化吸附、紫外阻隔等功能化应用方面的研究进展。

对氨基苯酚功能化石墨烯水凝胶的制备及其电化学性能研究

石墨烯水凝胶是一种十分优异的超级电容器电极材料。以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液和对氨基苯酚为反应前驱体,使用一步水热法合成了对氨基苯酚功能化石墨烯水凝胶(AFGHs)。通过X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜和红外光谱等手段表征了AFGHs的晶体结构、缺陷、形貌和化学组成。电化学测试结果表明,基于AFGHs的对称型超级电容器在0.3A/g电流密度下的比电容达到了243.2F/g。

功能化自主装多肽RADKPS水凝胶对犬椎间盘退变的延缓作用

目的观察RADKPS水凝胶对犬椎间盘退变的延缓作用。方法筛选椎间盘整体情况良好犬16只,每只选取4个椎间盘(L 3~4、L 4~5、L 5~6、L 6~7)穿刺建立椎间盘退变模型,L 7~S 1椎间盘作为正常对照组不作处理。L 3~4注射不含活性片段的RADA16-I水凝胶(RADA16-Ⅰ组),L 4~5注射PBS缓冲液(PBS组),L 5~6注射RADKPS水凝胶40μL(RADKPS组),L 6~7注射BMP-7(BMP-7组)。造模前4周、造模后4周及干预治疗4、8、12周均进行MRI检查测定椎间盘相对灰度值指数(RGI);造模前4周、造模后4周、干预治疗12周进行X线检查测定椎间盘相对高度指数(DHI%)。干预治疗12周取髓核组织进行HE染色及Ⅱ型胶原、蛋白多糖免疫组化染色,检测Ⅱ型胶原、蛋白多糖平均光密度值,采用ELISA法检测髓核组织蛋白多糖及Ⅱ型胶原的含量。结果注射干预药物后,RADKPS组椎间盘RGI、DHI%未见明显改变(P均>0.05),而BMP-7、RADA16-Ⅰ、PBS三组椎间盘RGI、DHI%均随干预治疗时间延长逐渐降低(P均<0.05)。RADKPS组髓核组织结构完整,可见规则的团簇样髓核细胞,细胞外基质染色均一;BMP-7、RADA16-Ⅰ、PBS三组均有不同程度的不规则髓核细胞并且细胞逐渐被胶原所代替。治疗8、12周,BMP-7、RADA16-Ⅰ、PBS三组髓核组织Ⅱ型胶原、蛋白多糖含量均低于RADKPS组(P均<0.05)。结论RADKPS多肽水凝胶对椎间盘退变具有延缓作用。

1,2-萘醌-4-磺酸钠功能化石墨烯复合水凝胶的制备及其电化学性能

以1,2-萘醌-4-磺酸钠(NQS)、氧化石墨烯(GO)、多孔氧化石墨烯(HGO)为原料,基于水热反应制备功能化石墨烯水凝胶(F-GH)和功能化多孔石墨烯水凝胶(F-HGH),通过调控NQS的添加量得到不同NQS负载量的F-GH。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等对材料的形貌与结构进行表征;通过循环伏安、恒流充放电等测试研究GH、F-GH和F-HGH的电化学性能。研究发现,NQS与GO的质量比为1∶1时F-GH的比电容最高,而HGO表面大量的纳米孔缩短了电解液离子的传输距离,进一步提高了F-HGH的电化学性能。F-HGH电极在电流密度1 A/g下质量比电容为445 F/g,在电流密度10 A/g下循环10 000圈后,比电容保持率高达94.2%。

全水相制备聚甲基丙烯酸纳米水凝胶及其磁性功能化研究

采用改进乳液聚合方法,实现了聚甲基丙烯酸(PMAA)纳米水凝胶的水相"绿色"制备。再以PMAA纳米水凝胶为前躯体,采用原位氧化法制备磁性PMAA纳米水凝胶。利用动态光散射,振动样品磁强计,热重分析等对PMAA纳米水凝胶及磁性PMAA微球的尺寸、磁含量等进行表征。结果表明,磁性PMAA纳米水凝胶具有超顺磁性,磁含量高达61.4%,在生物医用、废水处理等方面具有广阔的应用前景。

生物功能化复杂三维灌注网络三维培养芯片的立体水凝胶打印

三维(3D)的体外模型获知了体内情况的结构和动态复杂性,作为动物模型的替代品,这一需求非常大。尽管在过去的十年中,复杂组织/器官模型工程取得了巨大的进展,但是,在设计、细节和化学方面支持制造真正三维结构所需的自由度的方法仍然有限。我们报道了一种利用聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA,MW700)制造扩散开放和机械稳定的水凝胶结构作为自包含芯片的立体高清晰3D打印技术,其中封闭的培养体被可灌注的血管样网络穿过和包围。

聚N-异丙基丙烯酰胺/纳米SiO_2复合水凝胶的合成及溶胀性能

通过纳米SiO2的表面功能化,在其表面引入乙烯基功能基团,在H2OTHF的混合溶剂中,超声分散后,交联剂N,N′亚甲基双丙烯酰胺存在时,于25℃下使其与N异丙基丙烯酰胺共聚,制得聚N异丙基丙烯酰胺纳米SiO2复合水凝胶,并用FTIR和SEM对产物进行了表征.研究了凝胶的溶胀动力学,消溶胀动力学和温度敏感性.实验结果表明,纳米SiO2的引入,改善了聚N异丙基丙烯酰胺水凝胶在低温时的溶胀性能和在高温时对水的释放性能,并讨论了引起这些性能改变的原因.

组织工程中生物可降解高分子的功能化及生物学修饰

可生物降解高分子在组织工程中有十分重要的作用。本文从组织工程对支架材料的生物学要求出发,对可生物吸收高分子的本体改性引入功能基团,进而通过化学键合促进细胞特异性黏附的短肽序列(RGD)、含功能性基团的水凝胶通过化学键合或物理包覆固定RGD以及聚合物表面修饰固定RGD三个方面进行了综述。

丝素蛋白水凝胶的凝胶机理及改性方法研究进展

水凝胶材料由于具备与人体软组织相似的特性而极具医用价值。以丝素蛋白为原料,采用有机溶剂诱导法可将丝素蛋白的凝胶时间由数天缩短到数小时;用碳化二亚胺（EDC）作活化交联剂制备的丝素/胶原复合水凝胶其储存模量可达10k Pa;通过酶催化作用交联形成的丝素蛋白水凝胶植入动物体内后,兼具良好的组织相容性与可生物降解性。本文首先阐述丝素蛋白水凝胶的凝胶机理,然后系统介绍了国内外多种丝素蛋白水凝胶的制备与改性方法及其基础原理,分析了丝素蛋白水凝胶作为新型生物材料在未来的临床医学应用中具有的巨大潜力,并提出了今后该领域需要攻克的基础理论问题与产品临床应用需要解决的技术问题。

基于纤维素离子液体溶液制备纤维素水凝胶和干凝胶

以功能化离子液体氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑盐([HOC2MIM]Cl)溶解微晶纤维素,常温下可再生得到纤维素水凝胶和干凝胶。利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、热重分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等对纤维素水凝胶或干凝胶进行了表征。结果显示,纤维素水凝胶和干凝胶有好的透明度和一定的力学性能,纤维素分布均匀。并探讨了水凝胶和干凝胶的形成机制。

纤维素基水凝胶的研究进展

纤维素是世界上最丰富的天然、可再生以及可生物降解的高分子材料,在化工、材料等领域有广泛的应用。本文主要对近几年来纤维素基水凝胶的研究进展进行了归纳总结。首先,介绍了纤维素基水凝胶的研究背景。其次,列举了纤维素水基凝胶的交联方法,主要有物理交联与化学交联。其中物理交联有氢键交联、疏水性交联、离子交联等,化学交联则是酯化交联、迈克尔加成、自由基共聚合、动态共价键交联等。最后,重点介绍了纤维素基水凝胶在可降解性、生物医学性、亲水性、吸附性、导电性等领域方面的应用。此外,对于纤维素基水凝胶材料在高机械性和产业化制备等方面的发展进行了展望。

天然多糖基可注射水凝胶在组织工程中的研究进展

组织工程技术是帮助人类器官或组织进行修复的重要手段。水凝胶材料具有与人体组织相似的三维多孔网状结构,是组织工程中的优选材料。可注射水凝胶能够以微创手段植入人体,可以填充不规则缺损、降低手术风险并提升操作便捷性。天然多糖基可注射水凝胶具备优异的生物相容性及生物降解性,非常适合用作医用植入材料。近年来,基于天然多糖材料的可注射水凝胶引发广泛关注,研究者针对其制备方法及其在组织工程领域的应用开展了大量工作并取得长足进展。介绍了天然多糖基可注射水凝胶的几类典型多糖聚合物原料,阐述了可注射水凝胶的设计机理,并总结了此类水凝胶在强度提升、生物打印两大方向的功能化研究成果。在此基础上,对天然多糖基可注射水凝胶的未来发展方向进行了展望。

自修复水凝胶在骨组织工程中的应用

背景:自修复水凝胶是具有良好的自修复性和生物相容性的支架材料,在骨组织工程中应用广泛。目的:介绍自修复水凝胶的凝胶化机制和组成成分,总结其在骨组织工程中的应用。方法:由第一作者检索中国知网、万方、维普、Pub Med、Embase和Web of Science数据库2000-2020年发表的相关文献,中文检索关键词为"自修复水凝胶,骨组织工程,骨再生",英文检索关键词为"self-healinghydrogels;bone tissue engineering;bone regeneration",最终选取符合标准的69篇文献进行综述。结果与结论:自修复水凝胶的凝胶化机制有动态共价键、超分子键和多机制交联,自修复水凝胶的组成成分有天然聚合物、合成聚合物和纳米复合材料。目前发现,自修复水凝胶可以通过干细胞递送和支架修饰的方式应用于骨组织工程,但自修复水凝胶在骨组织工程中的应用还存在如何兼顾材料自修复性和机械性能的问题,同时自修复水凝胶较传统水凝胶在骨组织工程应用中表现出优越性的具体机制尚不明确。

环境响应水凝胶的非对称结构设计与智能仿生

仿生学通过模仿生物体结构,对功能材料和智能器件进行设计及优化,使人工器械具有仿生功能。环境响应水凝胶可以感知多种外界刺激并做出反应,兼具软、湿特性,与生物软组织在结构和组成上有诸多相似之处,且生物相容性良好,是制备仿生器件的理想材料。通过仿生器件结构的非对称设计,利用水凝胶对环境变化的响应实现灵活多变的智能反应。本文以非对称仿生结构设计为主线,依次介绍了环境响应水凝胶的单层和双层非对称结构器件及先进成型工艺,提出了非对称结构的功能性及设计组装的“模块”化概念,为水凝胶仿生智能器件高效、通用、灵活、多功能的产业化应用提供了新的思路。

3D打印功能化柔性生物材料在软组织修复与再生的应用研究

人体的软组织如肌肉、神经、皮肤等均具有弹性好和弹性模量低的特点。因此,研制出仿生软组织力学性能的柔性生物材料对于软组织的修复和再生具有十分重要的意义。近年来,柔性生物材料,尤其是生物医用弹性体和水凝胶材料在软组织工程领域展现出很大的应用潜力,然而,如何设计并合成具有功能化的柔性生物材料,并结合生物3D打印技术构建仿生支架用于软组织的修复和再生仍出于研究的初级阶段。近年来,作者基于聚癸二酸甘油酯(poly(glycerol sebacate),PGS)弹性聚合物作为主链,设计并合成出一系列功能化弹性生物材料。例如,通过嵌入导电苯胺寡聚体AP、AT合成导电弹性聚氨酯材料,接枝多重氢键基团UPy合成超分子自修复弹性材料,接枝烯烃基团MOI合成光固化弹性水凝胶等。

DNA超分子水凝胶的构筑、功能化与生物医学应用

水凝胶具有与细胞外基质相似的组成与结构,是药物递送、组织工程以及体外细胞培养等生物医学领域重要的一类材料.实现组成明确、生物相容、生物降解并且可功能化的水凝胶材料的构筑是高分子领域发展的重要挑战.DNA作为一种天然的生物大分子,天然具有明确的化学组成、可设计的序列以及独特的结构刚性,是构筑超分子水凝胶的优良材料.本文回顾了DNA超分子水凝胶领域近年来的发展,主要介绍了纯/杂化DNA超分子水凝胶的构筑,总结了基于双链互补配对或物理缠结的纯DNA超分子水凝胶的构筑方法,讨论了物理与化学掺杂在杂化DNA超分子水凝胶构筑中的重要影响;系统介绍了DNA超分子水凝胶卓越的通透性、可调的力学强度以及动态的性质等物理特性,提出了DNA的刚性与动态性决定水凝胶物理性质的分子机制;总结了DNA超分子水凝胶的功能化策略,重点介绍了序列设计、化学修饰以及网络复合等方法;介绍了DNA超分子水凝胶在细胞三维培养与打印、组织工程以及免疫治疗和药物递送等生物医学领域的应用;最后,讨论了DNA超分子水凝胶领域发展面临的一些挑战与前景,为其未来应用前景提供新思路.

修饰有BMP-7功能片段的功能化自组装多肽纳米纤维水凝胶RADKPS制备及其生物相容性研究

目的制备并评价载有BMP-7功能片段的新型功能化自组装多肽纳米纤维水凝胶支架材料RADKPS的生物相容性,为其在退变髓核再生领域中的体内研究提供实验依据。方法以自组装多肽RADA16-Ⅰ为原料,通过化学键链接BMP-7功能片段构建功能化自组装多肽RADA-KPSS,再与RADA16-Ⅰ等比例混合制备新型功能化自组装多肽RADKPS。通过大体观察、原子力显微镜评估RADKPS支架材料的结构特点。分离培养3月龄新西兰大白兔BMSCs,取第3代BMSCs与RADKPS复合培养7 d,通过扫描电镜、细胞荧光素二乙酸盐/碘化丙啶活性染色、MTT法检测RADKPS的细胞相容性;于6月龄新西兰大白兔离体椎间盘内注射1%RADKPS后培养并观察其髓核内细胞活性。采用溶血实验检测RADKPS的血液相容性。将RADKPS植入6-8周龄昆明小鼠皮下28 d,行大体观察及HE染色观察RADKPS组织相容性。结果 RADKPS在L-DMEM中成胶后呈均匀透明水凝胶状;原子力学显微镜示纳米纤维相互连接呈三维网状结构,纤维直径（25.68±4.62）nm,纤维长度（512.42±32.22）nm。RADKPS支架复合BM SCs 7 d后,扫描电镜示细胞在支架上黏附良好,细胞活性维持在90%以上;MTT检测示0.1%、0.05%、0.025%RADKPS溶液均不同程度促进新西兰大白兔BMSCs增殖。溶血实验结果示,不同浓度RADKPS溶液相对溶血率均〈5%,符合医用生物材料的溶血实验要求。小鼠皮下注射实验结果示,28 d后注射局部皮肤无水疱、红斑及焦痂形成;HE染色示淋巴细胞等炎性细胞浸润,大量纤维组织取代水凝胶支架,材料组织相容性良好。结论新型功能化自组装多肽纳米纤维水凝胶支架材料RADKPS具有良好的生物相容性和安全性,适合于髓核的组织工程修复与再生研究。