针对上述问题,潍坊医学院张维芬教授课题组利用同轴电喷雾的方法构建了负载紫杉醇的同轴电喷核壳结构磁性纳米粒(PTX-NPs),考察其联合CAP共递送对非小细胞肺癌(NSCLC)的治疗效果及作用机制。如图1所示,通过在核层溶液添加氧化铁磁性纳米粒(MNPs),壳层选择聚乳酸乙醇酸共聚物(PLGA)为载体材料,采用同轴电喷雾方法成功制备了PTX-NPs。同时,联合CAP共递送,以达到对NSCLC最佳的治疗效果。 图1 负载紫杉醇的同轴电喷核壳结构磁性纳米粒(PTX-NPs)的构建,与大气压冷等离子体(CAP)共输送可促进化疗药物紫杉醇(PTX)在肿瘤部位的蓄积,对非小细胞肺癌(NSCLC)进行联合治疗。 研究结果表明,PTX-NPs具有优良的理化特性,载药量和包封率较高,具有一定的缓释作用。PTX-NPs和CAP二者能够协同抑制NSCLC生长,CAP还可以提高载药纳米粒在肿瘤部位的蓄积,诱导更有效的细胞内紫杉醇(PTX)浓度,从而增加ROS的产生并增强对癌细胞的杀伤作用。因此,该药物递送系统和CAP的组合为肺癌治疗提供新策略,对肿瘤治疗具有重要意义。 相关研究成果2018年10月发表在ACS Applied Materials & Interfaces上(ACS Appl Mater Interfaces. DOI:10.1021/acsami.8b16487)。该工作得到了国家自然科学基金的资助。文章的第一作者是潍坊医学院药学院2016级硕士生于洪丽,通讯作者是张维芬教授和Michael Keidar教授。 论文链接: https://doi.org/10.1021/acsami.8b16487
最近,中科院理化技术研究所仿生实验室江雷院士团队王京霞研究员与兰州大学郭金山教授合作在PEDOT光子晶体上实现了多彩图案的水写和电擦。他们通过电聚合制备聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)光子晶体(PEDOT-IO-0)(图1),发现所制备PEDOT-IO具有四种状态和三种不同的开关形式(图2):第一个开关是从PEDOT-IO-0到PEDOT-IO-I(中性态)的不可逆的还原过程。第二个开关是PEDOT-IO-I(中性态)和PEDOT-IO-I(氧化态)之间的可逆电化学过程,伴随着由于离子掺杂/脱掺杂引起的可逆带隙(结构颜色)变化。第三个开关是水处理PEDOT-IO-I(氧化态)形成PEDOT-IO-II,由于水诱导LiClO4分子(Li+和ClO4-离子)的去除和周期性结构收缩,引起光晶带隙的蓝移(图3)。 图1. PEDOT-IO-0的制备及PEDOT-IO-I的电化学切换 图2. PEDOT 的四个状态三种开关示意图 图3. 水处理PEDOT-IO-I(氧化态)形成PEDOT-IO-II 通过将PEDOT-IO-1(Ox)水诱导LiClO4分子去除效应与PEDOT-IO-I的电化学调制相结合,可以实现可逆的水写/电擦多色光晶图案(图4)。该研究工作为基于光子晶体的光学材料和器件的制备提供新的思路。 图4. 光晶图案的可逆水写/电擦 相关研究结果以 “Direct Water-Writing/Electroerasing Pattern on PEDOT Inverse Opals”发表在Adv. Funct. Mater. 2019, 1808473。该文章的第一作者武萍萍为理化所与兰州大学联合培养的硕士研究生,现为理化所博士研究生;中国科学院化学所李永舫院士和蒋克建研究员,北京大学的占肖卫教授,及江雷院士对文章的拔高和润色做了很多指导帮助。感谢国家自然基金的资助(5187322)。 延伸阅读:光子晶体超浸润性赋予具有独特光学调控性能的光子晶体材料在传感、检测、防污、驱动、油水分离等方面的新应用(Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 6833)。理化所仿生材料与界面科学院重点实验室的江雷院士团队科研人员在具有超浸润性光子晶体的制备及应用方面取得系列重要进展。研究人员考察了基底浸润性对光子晶体组装单元-乳胶粒的形貌及其分子组装形式的影响(Adv. Mater. Inter., 2015, 1400365; J. Mater. Chem. C, 2015, 3 ,2445; J. Mater. Chem. C., 2018, 6, 3849);利用界面特殊的浸润性调控,实现了具有特殊光功能的花形(Chem. Commun., 2015, 51 ,1367)及面包形(Chem. Commun., 2016, 52, 3619)的各向异性结构光子晶体制备。结合超亲水基材及超疏水模板形成的三明治限域作用,制备得到具有良好光波导行为的光子晶体微阵列(ACS Applied. Mater. Interfaces, 2016, 8, 4985)。在此基础上,他们利用金属-有机反蛋白石结构在电浸润情况下的独特的形貌演变,发展为水刻制备光子晶体图案的新方法(Adv. Funct. Mater., 2017, 1605221)。通过利用硅烷化碳点的特殊化学组成及闭孔反蛋白石结合引起的亲油不浸润性能,制备耐溶剂的户外光学涂层(ACS Applied. Mater. Interfaces, 2018, 10, 6701)及防伪图案(Nanoscale, 2018, 10, 4642)。利用PVDF制备温度诱导的形状记忆功能的反蛋白石结构薄膜(ACS Applied. Mater. Interfaces, 2018, 10, 4243)。制备具有一端亲水一端疏水的聚离子液体光子晶体,可利用空气中微量湿度变化实现驱动器件制备(Chem. Commun., 2016, 52, 5924,ACS Nano, 2018, 12,12149-12158)。 将液晶弹性体引入到光子晶体结构中,利用液晶弹性体和光子晶体与溶剂的不同浸润行为,实现在溶剂中快速卷曲及解卷曲的驱动器件制备(Soft Matt, 2018, 14,5547-5553), 在此基础上,综述了液晶的仿生驱动器件研究进展(J. Mater. Chem. C, 2019, 7,3413-3428) 论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201808473
如果只是将一颗葡萄放进微波炉里面,可能并没有太大的影响。但当你微波不止一颗葡萄的时候,即使只有两颗葡萄也会发生神奇的灾难。在YouTube上就有用户做了这项实验,将两颗葡萄并排放置。没一会你就会看到两颗葡萄接触的地方会冒出火花,甚至可能会损坏你的设备。 视频1:满足好奇心 最近,有物理学家认真研究了这种现象的原理。研究者用的是直径在14~20毫米的圆形葡萄。发现凡是葡萄这么大小的含盐含水物体都有类似风险。两颗圣女果也会。两枚鹌鹑蛋也会。两枚特别大的蓝莓也会。 物质存在的状态有四种——固态,液态,气态,和等离子体。简单地说,气态物质接受大量能量后,就可以变成等离子体。太阳里面就充满了等离子体,地球上的闪电、极光、静电火花等,也都是等离子体。 微波炉加热是不均匀的,总有些特别热的“热点”。而“两个挨在一起的葡萄”这种形状,配合2.4GHz微波炉的波长,恰好就能造出一个超级热点。微波被困在了这两颗葡萄组成的“陷阱”里,最后,球体间的接触点在几毫米的厚度内产生一个极其强大的电场,把集中起来的能量传递给葡萄里天然存在的钠离子钾离子,于是产生了等离子体,放出耀眼的光芒…… 葡萄大小的泡过氯化钠盐水的两颗聚丙烯酸钠水凝胶珠子(sodium polyacrylate hydrogel beads ),挨在一起也产生了等离子体。
视频2:详细原理解说
不过随后物理学家发现即使葡萄皮没有接触,当距离在3毫米左右时候依然会发出火花。对此研究人员表示更科学的解释是,每颗葡萄所存储的波在彼此之间的空间中来回反弹,以产生越来越强大的电磁场。这种情况发生在增压电解质在短暂的等离子体中爆发之前。
论文链接:
https://www.pnas.org/content/early/2019/02/13/1818350116
近期,华东理工大学刘润辉教授课题组通过模拟宿主防御肽(Host Defense Peptides,简称HDPs)制备出具有高效抗菌活性的新型β-多肽聚合物,通过等离子体活化表面接枝构筑了高效抗菌的医用聚氨酯等生物医用材料表面(图1),该表面在室温条件下存储56天后,抗菌性能未有明显变化,显示了良好的稳定性。体内植入感染模型证实该抗菌材料表面能够有效杀菌,显示有效预防植入医用材料引发的感染。这一成果近期发表在ACS Applied Materials & Interfaces上(DOI: 10.1021/acsami.9b02915)。
图1. β-多肽聚合物的合成以及医用基材表面接枝聚合物
(来源:ACS Applied Materials & Interfaces)
本研究中,为了获得微生物难以产生耐药性、同时具有高效抗菌活性以及良好生物相容性的生物医用材料表面,研究人员合成了一系列巯基封端的具有不同亲水性/氨基阳离子亚基和疏水性亚基比例的HDPs模拟物。研究人员将这些β-多肽聚合物接枝于经等离子体活化以及溴化试剂处理过的聚氨酯表面,制备出β-多肽聚合物修饰的生物医用材料抗菌表面;对革兰氏阳性菌以及革兰氏阴性菌表面抗菌活性测试表明可有效杀死接触的细菌(图2)。溶血活性测试、血红细胞形貌表征、哺乳动物细胞毒性测试、体内皮下植入组织学HE染色(图3C)等相容性测试表明,经修饰的抗菌生物医用材料表面具有良好的生物相容性。
图2. β-多肽聚合物修饰的聚氨酯表面抗菌活性。A)E. coli, B)PAO1, C)MRSA和D)S. epidermidis
(来源:ACS Applied Materials & Interfaces)
为进一步探究β-多肽聚合物抗菌表面在体内微环境下的抗菌活性,研究人员将抗菌表面通过皮下植入进行体内抗菌活性测试(图3A),β-多肽聚合物抗菌表面相对于医用聚氨酯表面可降低2.1-3.4 log值的菌落数(>99%杀菌率,图3B),表明其具有较好的体内抗菌活性。
图3. 皮下植入体内抗菌活性测试。A)皮下植入示意图,B)Day 1, Day 3, Day 11体内抗菌活性,C)Day 1, Day 3, Day 11体内皮下植入组织学HE染色
(来源:ACS Applied Materials & Interfaces)
华东理工大学硕士研究生齐凡,博士研究生钱宇芯是该成果的共同第一作者和主要完成人,刘润辉教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、科技部等基金的资助。
论文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b02915
由于石油资源逐渐枯竭和大气污染日益严重,乙醇和丁醇作为代表性的生物燃料受到强烈关注。目前生物法生产生物醇面临的主要问题是微生物对产物的胁迫耐受性差,导致产物浓度低,下游产品分离能耗高等突出问题。由于渗透汽化具有分离效率高、能耗低、无污染等优点,被认为是最有前途的分离技术,但是当前渗透汽化膜存在渗透性和选择性之间不可兼得的问题。目前研究最多的渗透汽化膜材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS),模拟结果表明小分子在PDMS中的扩散属于“空穴跳跃扩散理论”,即扩散并非是连续的,而是原地的小幅震动与大幅的跳跃相结合,使其扩散速率较低。碳纳米管(CNT)内外壁非常光滑,摩擦力小,有利于分子的快速传输,可作为理想的膜填充材料。但是传统的共混制备法,使得CNT在膜中无规聚集,无法有效控制和进一步提高CNT膜的结构和性能。通过计算机模拟,研究者们发现垂直排列的CNT具有许多独特的优势,如单分散的纳米孔道、水分子可快速通过等,使其在膜分离领域具有潜在应用。
针对以上难题,该研究团队利用垂直取向的CNT阵列作为原料,采用低温等离子体对CNT刻蚀开口,通过渗透填充的方法首次制备了类似“汉堡”结构的垂直定向两端开口CNT/PDMS复合膜,实现了碳纳米管在高分子介质中的均匀分布,并保持了碳纳米管的高度取向。该复合膜打破了传统CNT共混膜的填充极限,达到37.4 wt%,同时还兼具优异的机械性能。同时,膜内两端开口的CNT阵列提供了纳米级(~10 nm)的运输通道远大于PDMS埃级别(~5 Å)的跳跃空穴,极大的提高了渗透分子的扩散速率,具有渗透汽化-超滤机制的复合膜对生物醇的分离性能显著提升(最大提高9倍)。此外,研究人员通过DFT理论计算表明,丁醇、乙醇和水分子与CNT管内侧的吸附能大于管外和PDMS,使渗透分子在膜内扩散首选CNT管内,从而提高了复合膜对生物醇分子的渗透性和选择性。这种“汉堡”结构的垂直定向两端开口CNT/PDMS复合膜,打破传统膜存在的渗透性-选择性之间难以权衡的问题,为分离膜的制备提供了一种全新的思路,并可以显著提升生物能源醇类分离的经济性,使醇类生物能源生产过程更有市场竞争力。
研究工作得到了国家自然科学基金、辽宁省高等学校创新人才支持计划,大连市青年科技之星,大连市科技创新基金,大连理工大学优秀青年人才科研专题,大连理工大学“星海学者”人才培育计划等的联合资助。
论文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b01831
来源:大连理工大学
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近日,南京师范大学化学与材料科学学院、生物医药功能材料国家与地方联合工程研究中心沈健教授、刘平生教授团队报道了采用等离子体表面改性的简单方法可同时抑制聚酯多孔支架在生理环境中收缩,改善支架/组织的界面行为的工作。该研究采用空气等离子体法对多孔PLGA和PLA聚酯支架表面改性,从宏观-微观、体外-体内、实验-模拟等多个维度系统地表征,揭示了其稳定多孔支架形貌并改善支架/组织界面行为的作用机制,以Surface modification of porous PLGA scaffolds with plasma for preventing dimensional shrinkage and promoting scaffold–cell/tissue interactions为题发表在《Journal of Materials Chemistry B》(2018,6, 7605-7613)上,并被遴选为该期的封底介绍。 南京师范大学博士生刘沛铭为论文第一作者,沈健教授和刘平生教授为共同通讯作者。该工作得到了南京大学马晶教授课题组以及南京医科大学张卫兵教授课题组的大力支持。该工作也得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省“六大人才高峰”、南京师范大学“青蓝工程”等项目的支持。 全文链接: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/tb/c8tb02374c#!divAbstract