目的:探究一种代表性的生物基可降解高分子材料聚乳酸的立体异构高分子材料对其结晶的促进效果,并明确此过程中成核剂的构效关系。方法:制备不同分子量的右旋聚乳酸[poly(D-lactic acid),PDLA],研究添加量、结晶温度以及共混加工方式对最终材料的结晶性质、耐热性质以及力学性质的影响;将PDLA与几种常用商业成核剂对聚乳酸的结晶促进效果进行对比,探究此过程的作用机理,验证PDLA作为聚乳酸材料成核剂的可行性。结果:成功制备多种分子量的PDLA生物基高分子材料,明确PDLA分子量与结晶促进效果的关系以及PDLA添加量对聚乳酸材料结晶性能的影响,验证不同共混加工方式以及结晶条件对PDLA的结晶促进效果没有影响,证明经过优选的PDLA的结晶成核效果优于常见市售成核剂。结论:PDLA作为聚乳酸材料的立体异构体,具有高效成核、生物基来源、相容性好、成本低且可降解等优点,可以作为一种成核剂应用于聚乳酸材料体系中。
目的:优化基于壳聚糖及其衍生物的鱼用疫苗佐剂的制备工艺、配方和评价方法。方法:以特定分子量和浓度的壳聚糖为原料,使用适合大规模生产的高压均质和喷雾干燥法制备壳聚糖及其季铵盐颗粒佐剂,负载灭活鳗弧菌后与鱼油均质乳化制备成口服疫苗,与饲料混合后投喂大菱鲆;调整鳗弧菌浓度和浸泡时间,探索建立适配的浸泡攻毒模型;引入海藻酸钠、β-葡聚糖等多种成分与壳聚糖及其衍生物组成复合佐剂,利用浸泡攻毒模型,通过攻毒后大菱鲆的存活率与免疫相关基因表达水平评价不同复合佐剂的免疫保护效果。结果:使用分子量50 kDa、质量浓度10 mg/mL的壳聚糖及壳聚糖季铵盐制备得到粒径220 nm的均一的颗粒作为口服疫苗佐剂;建立了用108 CFU/mL鳗弧菌浸泡12 h的大菱鲆浸泡攻毒模型;在浸泡攻毒实验中,壳聚糖季铵盐颗粒与海藻酸钠的复合佐剂配方能够使MHC-Ⅰ等免疫相关细胞因子的表达水平增加2~8倍,使大菱鲆存活率从0%提高至30%。结论:使用了适合放大生产的制备工艺得到壳聚糖及其季铵盐颗粒佐剂,在鳗弧菌浸泡攻毒实验中,壳聚糖季铵盐颗粒与海藻酸钠的复合佐剂有效增强了口服疫苗对大菱鲆的免疫保护,为基于壳聚糖及其衍生物的鱼用口服疫苗佐剂体系的开发与工业化生产提供了基础。
目的:基于微流控法精确控制脂质体粒径和尺寸分布的独特优势,同时为解决雷公藤红素(celastrol,Cel)水溶性差等缺点,制备包载雷公藤红素的脂质体(Cel-LPs),并研究Cel-LPs对结直肠癌的治疗效果。方法:采用微流控法制备Cel-LPs,通过单因素法优化处方和制备条件,对优化得到的Cel-LPs进行形貌、粒径、多分散性指数(polydispersity index,PDI)、Zeta电位、体外释放和稳定性研究;采用CCK-8法检测Cel和Cel-LPs对人结肠癌细胞(HCT116)的毒性;以香豆素6(coumarin6,Cou6)作为荧光物质制备香豆素6脂质体(Cou6-LPs),通过倒置荧光显微镜观察HCT116细胞对Cou6-LPs的摄取行为。结果:优化处方和制备条件,水相与油相流速比为4.5:1,药物与磷脂质量比为1:4,胆固醇与磷脂质量比为1:5;按优化条件制得的Cel-LPs外观呈球形,分布均匀,粒径和PDI分别为(85.02 ± 0.43)nm、0.12 ± 0.01,Zeta电位为(-11.4 ± 0.25)mV,包封率为(95.42 ± 0.12)%;制备的脂质体均一稳定,在体外释放实验中呈现出较好的缓释效果;Cel-LPs对HCT116细胞表现出良好的细胞毒性,抑制其增殖的作用强于Cel,半数抑制浓度(IC50)为6.26 μg/mL;体外细胞摄取实验表明,HCT116细胞对Cou6-LPs有较好的摄取效果。结论:采用微流控法成功制备了一种稳定、形态均一、分散良好、包封率较高的Cel-LPs,验证了其作为脂质体制备方法的独特特性及广阔应用前景;Cel-LPs可被HCT116细胞较好摄取并缓慢释放,能够有效抑制HCT116细胞增殖,表现出良好的抗肿瘤效果。
目的:探究细胞膜仿生金纳米颗粒在和膜来源细胞相互作用过程中对细胞增殖、生长、凋亡等表型及细胞超微结构的影响,评估纳米颗粒和细胞的共存状态。方法:利用混合机械挤压法得到肝星状细胞膜仿生金纳米颗粒(hepatic stellate cell membrane biomimetic gold nanoparticle,AuNP@HSCM);利用高分辨透射电子显微镜表征AuNP@HSCM的纳米-仿生膜互作结构,并对AuNP@HSCM干预前后肝星状细胞LX-2的亚细胞超微结构变化特征进行分析;利用光学显微镜、流式细胞术和CCK-8法检测肝星状细胞LX-2的生长状态、增殖和凋亡等表型特征。结果:AuNP@HSCM的细胞膜和纳米颗粒表面耦合良好;相较于聚乙二醇化的金纳米颗粒(polyethylene glycol modified gold nanoparticle,AuNP@PEG),AuNP@HSCM可输运至细胞核,具有更强的细胞内化能力;与AuNP@PEG引起胞质中细胞器结构退化不同,AuNP@HSCM引发了LX-2细胞近细胞膜处的泡状结构的产生;与AuNP@PEG作用于LX-2细胞相比,AuNP@HSCM在低剂量质量浓度(≤1.5 μg/mL)下具有更弱的细胞毒性,能够显著降低LX-2细胞凋亡水平。结论:细胞膜仿生金纳米颗粒AuNP@HSCM具备稳定的纳米-仿生膜耦合结构,与膜来源细胞LX-2能够更好地实现结构和功能共存。
目的:普鲁兰多糖作为一种生物相容性优良的生物聚合物可被用于化妆品的保湿剂,但缺乏抗氧化等生物活性;通过温和的化学反应将普鲁兰多糖与多酚接枝,可增加其生物活性,拓宽应用范围。方法:首先制备经高碘酸钠氧化后的双醛普鲁兰,然后通过还原胺化接上活性氨基,最后通过1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺[1-(3-dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide,EDC]催化的脱水缩合反应与多酚接枝获得多酚-普鲁兰接枝物。结果:通过紫外光谱、傅里叶变换红外光谱和核磁共振氢谱证实多酚与普鲁兰多糖成功接枝;与天然普鲁兰多糖或多酚相比,多酚-普鲁兰接枝物表现出更高的热稳定性、体外抗氧化活性和保湿性能,对于氧化损伤的人永生化角质细胞具有良好的保护和修复作用。结论:多酚-普鲁兰接枝物可以用作开发具有抗氧化活性和保湿能力的化妆品潜在原料。
目的:利用固定化酶技术提高可溶性酶在工业应用中存在的回收困难、环境敏感和成本高等缺点,提高酶环境稳定性以及可重复使用性,降低应用成本。方法:选取巴沙木为载体原料,脱除木质素后制备得到木基载体,分别使用柠檬酸改性法、戊二醛活化法以及二者结合处理法对木基载体进行改性并固定化辣根过氧化物酶(horse radish peroxidase,HRP);使用傅里叶红外光谱和扫描电子显微镜对原始巴沙木、木基载体(wood)、酶@木基载体(HRP@wood)进行官能团与结构研究。结果:结合处理法的木基载体具有更高的酶负载量,可达43.0 mg/g,该固定化酶材料即为HRP@wood;分别选取结晶紫、亚甲基蓝、刚果红三种染料对HRP@wood进行静态脱色性能测试,研究染料浓度、H2O2浓度、反应时间对染料脱色效果的影响,确定HRP@wood对于多种染料的最佳脱色条件。结论:当结晶紫的质量浓度为12 mg/L和H2O2浓度为2 mmol/L,亚甲基蓝的质量浓度为4 mg/L和H2O2浓度为0.5 mmol/L,刚果红的质量浓度为100 mg/L和H2O2浓度为2 mmol/L,30 min时脱色率分别可达76.9%、78.2%和82.4%;当脱色时间延长直至120 min时,亚甲基蓝的脱色率可达100%;以HRP@wood构建了一种动态脱色反应器,结果表明,该反应器具有优异的可循环使用性和脱色效果。
目的:开发一种表面接枝聚合制备大孔阴离子交换层析介质的方法,并对该类介质的色谱性能进行评价研究。方法:以聚丙烯酸酯类大孔微球为基质,通过氧化还原引发N, N, N-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵接枝聚合的方法制备了一种大孔阴离子层析介质;通过单因素实验获得最佳制备工艺条件,考察各反应因素对该介质色谱性能的影响;对蛋白在吸附前后的酯酶样活性进行测定,判断介质与蛋白分子相互作用后活性变化;在不同流速条件下测试介质的耐压性能;使用1 mol/L NaOH溶液测试介质的稳定性能;将介质置于非吸附条件下对蛋白进行吸附,测试其非特异性吸附效果;通过计算不同流速下介质填充柱的塔板高度来研究其柱效,并使用阴离子交换层析法从鸡蛋清内提取高纯度蛋白。结果:在最佳制备条件下,介质蛋白静态结合容量最高可达138.94 mg/mL,介质的蛋白活性回收率可达98%,143~574 cm/h线速度范围内介质的蛋白动态结合容量从99.234 mg/mL减少至93.981 mg/mL;在143~3 871 cm/h线速度范围内,柱压线性增加;通过扫描电子显微镜观察介质的表面形貌,发现接枝对介质的贯通孔径无影响;当洗脱液流速为535 cm/h时,其最小塔板高度为0.059 9 mm;该阴离子交换介质在非吸附条件下,对牛血清白蛋白的吸附量为0.136 mg/mL,经过1 mol/L NaOH溶液浸泡96 h后,其蛋白静态结合容量仅下降2.4%;经该介质一步纯化鸡蛋清蛋白,可获得较高纯度的溶菌酶、卵白蛋白和卵铁传递蛋白。结论:介质具有较好的传质性能、较高的蛋白活性回收率和较低的非特异性吸附值,并且具有良好的稳定性和刚性。相较于传统介质,该类介质在蛋白高通量分离中展现了较大潜力。
目的:通过将源于禾本植物的秸秆填料以高含量、大尺寸、纤维状的方式引入到聚乙烯(polyethylene,PE)树脂当中,对PE基秸秆禾塑复合材料的制备及性能评价进行研究。方法:利用自主设计的设备将秸秆和PE粒子进行一体化投料,通过高速摩擦生热的方式达到PE熔点后混合成为禾塑复合材料。结果:复合材料内部的秸秆填料尺寸可达到0.8~1.0 cm,同时形成纵横交错的结构,材料综合性能显著提升;复合材料的弯曲强度达到42.8~76.1 MPa,弯曲模量为3 590~4 990 MPa;经60 d浸泡后,材料的吸水率均低于18%,热变形温度在93.5~101.1℃之间,握螺钉力达到3 520~3 900 N。结论:通过构建禾塑复合材料制备技术,不仅可制备源于秸秆的高性能生物基材料,同时也为秸秆高质量离田利用提供了新的策略。
LB膜(Langmuir-Blodgett film)技术是一种能够在分子层面精确控制薄膜组装的技术,在生物模拟、传感技术、材料科学和生物医学等多个领域应用十分广泛。在生物基材料方面,LB膜技术能够制备出单层或多层的超薄生物基材料膜,并能通过调节LB膜的组成来有效控制膜的物理化学性质,为构建具有特定功能和性能的生物基材料提供了强大的工具;在生物基材料改性方面,LB膜技术被用于改善材料表面性质和制备具有特殊功能的涂层,从而影响材料的生物相容性和功能性,满足特定的应用需求;在生物基材料界面相互作用方面,LB膜技术被用于构建检测特定生物标志物的高性能生物传感器和监测生物分子的相互作用。随着技术的进步和对生物基材料需求的增长,LB膜技术在未来生物基材料科学与技术中的应用潜力将持续扩大。
现有医药业的主要挑战是将治疗药物以有效浓度输送到人体特定区域(即患病组织),同时对健康组织的副作用最小。研发高效装载和递送药物的载药系统是关键环节。硅藻硅质壳因其独特的多级微纳米孔隙、天然的精细微结构、可修饰的表面化学特性、优异的热稳定性、生物相容性、易获得性以及环境友好性,从而成为研发药物递送系统的新兴生物功能材料。综述硅藻硅质壳基于药物递送系统研发的结构特征、理化特性以及生物安全性,比较不同硅基微纳米药物载体的特点,总结多样化硅质壳表面功能化策略实现不同载药体系构建的研究进展,探讨硅质壳在药物递送领域面临的挑战和未来研发方向。
静电喷雾聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly lactic-co-glycolic acid,PLGA)载药微球因其可控的粒径和形貌、有效的药物包封率、对药物生理活性具有保护作用等优势,在医药领域展示出了巨大的应用前景。微球的大小和形貌在药物装载和体内吸收利用方面具有不可忽视的影响。静电喷雾过程中,可以通过调控相关参数制备具有特定要求的载药微球。概述静电喷雾的基本原理,重点介绍静电喷雾相关参数对PLGA微球粒径和形貌的影响以及载药微球在生物医学方面的应用,以期为药物递送领域的研究提供参考。
糖尿病慢性创面目前仍然是临床和研究的一项巨大挑战。由于氧化应激和细菌感染的恶性循环,炎症反应过度以及血管生成受阻等原因,糖尿病伤口愈合过程受到干扰,易发展成慢性创面,但目前临床上的治疗手段效果欠佳。金属及其复合材料有望解决这些问题。目前,银(Ag)、铜(Cu)、锌(Zn)和金(Au)等金属作为纳米颗粒和金属有机框架等形态及其与生物材料(如壳聚糖、海藻酸钠、抗生素等)组合成的复合材料在糖尿病创面中的应用与研究十分广泛。金属及其复合材料可以抑制糖尿病伤口中常见的细菌菌株的生长和繁殖,包括革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌,并表现出优异的抗炎、抗氧化、抗菌和促血管生成特性,最终改善糖尿病伤口的愈合。综述金属及其复合材料在治疗糖尿病伤口愈合中的研究进展,阐述相关作用机制,并展望未来的临床应用与发展。
