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青岛能源所-李滨及合作者︱ACS AMI:新型纳米纤维素基载药实现药物可控释放
2021/1/19 10:03:07 易丝帮
随着人们对化石资源的过度开发引起的环境问题日益关注,研发可以代传统的石油基材料的可再生的生物基材料已成为当下研究重点。作为储量最丰富的天然高分子化合物,纤维素具有可再生、环境友好、生物相容和可生物降解等优点,使其在众多领域有广泛应用,例如纸基材料、食品药品、纺织化工、光电器件开发等。近来,研究人员发现以植物纤维素为原料制备的纳米纤维素(CNF)材料,额外地展现出纳米级尺度、高长径比、高比表面积、低热膨胀系数、优越的机械性能和光学特性。其中,CNF水凝胶已逐渐成为包括药物缓释、伤口敷料、组织工程支架等在内的生物医学应用领域中重要材料,研究人员也为此开发具有多重响应性、抗菌性和生物相容性等多功能智能水凝胶。然而,在药物缓释应用研究中,CNF基水凝胶的初期药物突释问题仍有待解决,而且针对特定药物的缓释时间也有待进一步提高

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近日,青岛能源所的代谢物组学研究组和天津科技大学的相关科研人员合作,以水溶性广谱抗生素——盐酸四环素为模型药物,基于前期对CNF和聚多巴胺(PDA)复合材料对改善药物缓释和促进伤口修复的研究(Carbohydrate Polymers, 2018, 188, 27-36;ChemistrySelect, 2018, 3, 6852-6858),构筑了一种新型的CNF基载药包封结构,可实现对药物的智能可控释放。研究人员首先在负载药物的多孔聚多巴胺纳米颗粒(MPDA)上进行氧化石墨烯(GO)包裹,随后将GO包裹的MPDA封装于由物理交联作用形成的CNF水凝胶中,最终制得MPDA@GO/CNF复合水凝胶材料。在该封装结构设计中,GO不仅可以降低药物突释、延长药物缓释和增强复合水凝胶,同时协同MPDA赋予复合水凝胶近红外光响应性。此外,CNF提供的3D网络结构作为第二层的封装,在进一步降低药物突释和延长药物缓释的基础上,起到屏蔽GO本身毒性的作用,使复合水凝胶具有极好的细胞相容性。

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结果表明,该复合水凝胶的机械强度是纯CNF水凝胶的5倍,其药物缓释时间分别是PDA/CNF复合水凝胶和纯CNF水凝胶的3倍和7.2倍,且其药物的可控释放行为可通过改变MPDA和GO的比例来进行调节。此外,该复合水凝胶材料具有敏感的近红外光响应和pH响应的可控释放特性,其药物缓释初始阶段的突释性也明显优于其它同类材料。因此,这种新型的CNF基载药包封结构的设计,将有利于新型智能载药材料的开发,并有望替代传统的石油基材料载药系统,用于化学和物理治疗等。

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相关研究成果发表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上,通讯作者是刘莹莹博士和李滨副研究员。相关系列研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和山东省自然科学杰出青年基金的支持。

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点击文末「阅读原文」,直达文献。

Authors: Yingying Liu*, Qing Fan, Ying Huo, Chao Liu, Bin Li*, and Youming Li

Title: Construction of a Mesoporous Polydopamine@GO/Cellulose Nanofibril Composite Hydrogel with an Encapsulation Structure for Controllable Drug Release and Toxicity Shielding

Published in: ACS Applied Materials & Interfaces, doi: 10.1021/acsami.0c15465.

本文转载自中国科学院青岛生物能源与过程研究所官网!

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李滨,博士,副研究员,硕士生导师。2003.6,于陕西科技大学(原西北轻工业学院)获工学学士学位;2004.9 -2009.6,于华南理工大学硕博连读,2009.6获工学博士学位;2009.9 -2011.12,于加拿大University of New Brunswick,化学工程系Limerick制浆造纸中心和Kruger集团的Corner Brook Pulp and Paper Limited作博士后研究;2013.8-2014.5,获评芬兰Johan Gadolin学者,并于芬兰Åbo Akademi University,过程化学中心Lab. of Wood and Paper Chemistry作访问;2012.2,加入中国科学院青岛生物能源与过程研究所,任副研究员,木质纤维精炼课题组组长,主要研究领域为木质纤维利用基础与应用,包括木质纤维原料预处理/组分分离和综合利用。已在J. Mater. Chem. AACS Sustain. Chem. Eng.Chem. Eng. J.等国际主流刊物上发表学术论文60余篇,发表英文书籍1章,申请中国发明专利30余项,PCT国际专利2项,已授权中国发明专利10项,授权实用新型专利3项。现为中国造纸学会纳米纤维素及材料专业委员会委员,美国TAPPI会员,中国微米纳米技术学会高级会员、美国化学学会会员,国际期刊Journal of BioResources and BioProducts和Paper and Biomaterials编委。近5年,主持国家级、中科院、山东省重点研发计划、国际合作以及与国内企业合作项目等10余项,2019年获山东省自然科学杰出青年基金资助。


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