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上海交大劉盡堯研究員團隊《Nat. Commun.》:溶脹增強水凝膠
2020-09-11  來源:高分子科技

  近日,上海交通大學分子醫(yī)學研究院劉盡堯研究員團隊聯(lián)合上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院眼科龐燕課題組在國際權威學術期刊Nature Communications發(fā)表題為“Swelling-strengthening hydrogels by embedding with deformable nanobarriers”的研究論文,為再生醫(yī)學提供新型水凝膠材料。



  作為最類似于生物組織的高分子材料,水凝膠在生物醫(yī)學領域有著不可替代的優(yōu)勢,但水凝膠溶脹致使力學性能大幅下降的問題,極大地限制了其在潮濕及體內環(huán)境中的實際應用。已有的策略均是通過嚴謹?shù)慕Y構設計或表面調控來抑制溶脹,間接地避免溶脹力學性能下降問題,直面溶脹、解決溶脹后力學性能下降問題的報道目前還沒有。


  為解決該問題,劉盡堯研究員團隊受肌肉充血增強機制啟發(fā),摒棄了提高水凝膠力學性能的傳統(tǒng)方法,在單網(wǎng)絡水凝膠中引入模仿生物膜的脂質體納米屏障、構建成千上萬的納米“隔離島”,并將形成第二網(wǎng)絡的交聯(lián)劑預先隔離在其中,僅僅利用溶脹觸發(fā)脂質體膜發(fā)生跨膜運輸、釋放交聯(lián)劑發(fā)生高效點擊反應,使水凝膠從單網(wǎng)絡轉變成雙網(wǎng)絡,從而保持水凝膠的力學強度,開發(fā)出溶脹增強的水凝膠(圖一)。


圖一 引入模仿生物膜的脂質體納米屏障構建溶脹增強水凝膠


  在該研究中,作者分別在體外和體內驗證了水凝膠的溶脹增強行為。在體外,當溶脹度為25%時,水凝膠的壓縮模量增加了15.6% ± 4.5,甚至當溶脹度繼續(xù)增加到75%時,水凝膠也仍能保持其初始機械強度。而在體內,當溶脹度增加到50%時,水凝膠的壓縮模量從16.2 ± 0.5 MPa增加到18.9 ± 0.9 MPa,隨著溶脹度進一步增加到 85%,水凝膠的壓縮模量也比未溶脹的模量高出1.09倍(圖二)。作者認為,通過選擇合適的雙網(wǎng)絡結構,可以實現(xiàn)水凝膠在完全溶脹狀態(tài)下依然能保持甚至超過原有的力學強度。


圖二 在大鼠體內驗證溶脹增強水凝膠的力學性能


  該工作不僅直接解決了溶脹后水凝膠力學性能下降問題,也為在體內實現(xiàn)水凝膠各項性能的“自我調控”、進而發(fā)展長效、動態(tài)水凝膠材料提供了新思路。


  原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-18308-9

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(責任編輯:xu)
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