仿生无机纳米材料改造生物体的研究进展

在进化的过程中,生物体学会了利用材料来改造自身以适应环境的变化。自然界中的一些生物体可以通过生物矿化合成无机纳米材料为自己提供保护或其他特殊功能。但是自然界中还有部分生物体不具备生物矿化功能,受到自然界生物体利用纳米材料的启发,科学家们开始尝试通过人工赋予生物体纳米材料来对其进行改造。本文就基于生物-材料界面复合技术的纳米材料对生物体的改造,依次从调控机制、改造方法、功能应用等方面做了系统的阐述,重点介绍了通过仿生矿化对生物体进行纳米改造的研究进展,对仿生无机纳米材料改造生物体的领域现状做了分析和总结,并且对该领域的发展前景进行了展望。

骨及生物材料中的纳米磷酸钙

纳米磷酸钙在自然界骨组织的形成过程中起到了关键作用。尽管骨的类型有所不同,但在其初级结构中的无机成分都是纳米磷酸钙。纳米磷酸钙结构能够给予骨良好的机械性能和生物学活性。在生物体中,无机纳米磷酸钙在有机基质的调控下能定向自组装成特定的生物矿物。体外细胞实验显示小尺寸纳米羟基磷灰石更能促进骨髓基质干细胞的增殖,而同尺寸的结晶型纳米磷酸钙则比无定形磷酸钙更能利于干细胞分化。鉴于纳米磷酸钙具有很好的生物相容性和骨诱导性,可以发展成为理想的生物材料常用于骨组织工程和生物医学。

基于生物矿化的纳米载药体系

基于生物矿化的纳米载药体系具有制备简单、良好的生物相容性和控制药物释放的能力、易被修饰且具备多功能性和靶向性等优点,在临床中拥有巨大的应用前景。本文系统阐述了基于生物矿化的纳米载体的构建原理和分类,重点介绍了它们的靶向性策略和刺激响应释放策略,并展望了其在临床治疗中的应用。

生物矿化:无机化学和生物医学间的桥梁之一

生物矿化是生物体制造生物矿物的过程。在自然界中,生物矿物是在有机基质控制下可控有序组装而成的,这就决定了它不同于实验室中合成的普通矿物。单细胞矿化以及生理和病理性矿化,对于人们开展硬组织生物学研究以及生物材料设计合成具有很好的借鉴和启发意义。作为骨骼、牙齿的基本构筑单元,以及其良好的生物相容性和优异的骨牙整合性,磷酸钙纳米颗粒在生物矿物的组装方面和生物硬组织修复、组织工程等方面扮演着重要的角色。另外,受单细胞生物矿化启发的细胞(或病毒)壳化,可以赋予细胞(或病毒)更好的抗逆境能力。本文综述了生物矿化,尤其是单细胞矿化和生理、病理性矿化对生物医学的启示。结合近年来国内外相关研究进展,我们从骨、牙组织修复,细胞(病毒)壳化两个方面分别阐述了生物矿化作为无机化学和生物医学的桥梁作用。深入研究生物矿化的机理以及基于生物矿化的材料合成,对于生理性矿化的仿生修复、病理性矿化的预防治疗以及细胞界面工程等方面都具有重要的启发和实践意义。

基于生物矿化的生物壳工程

生物矿化是生物体提高自身存活能力的重要手段,可以通过无机非生命体实现对有机生命体的保护和功能化.得益于这些自然现象的启发,我们将生物矿化原理应用于各种生物单元的功能化改造,进一步提出了仿生壳工程概念.经过生物矿化改造后,生物体系可以维持原有生物性质但又被人工材料赋予了新功能,在材料、生物、医学等各个领域有着重要的价值.本文对基于生物矿化的壳工程修饰方法及其应用进行了介绍,并对该领域的研究前景进行了展望.