清华大学危岩教授团队在2021年2月的学术成果集锦

目录

1.基于多组分反应制备生物成像和环境污染物去除的聚合物复合材料的近期研究进展

2.具有聚集诱导发射特性的多功能有机荧光探针：超快肿瘤监测、双光子成像和图像引导光动力治疗

3.时空磁热微环境引导可生物降解聚合物植入物的行为

4.储能更快、循环寿命更长的涂碳层金属氧化物/镍钴硫化物基复合材料的合理设计

5.注射用乙二醇壳聚糖/端二苯甲醛聚乙二醇水凝胶修复关节软骨缺损的体内外研究

6. DOPA衍生的电活性共聚物和固定化IGF-1的聚乳酸-乙醇酸/羟基磷灰石可生物降解微球用于协同性骨修复

1.基于多组分反应制备生物成像和环境污染物去除的聚合物复合材料的近期研究进展

作为聚合物化学的核心，功能聚合物的制造是过去几十年来的研究热点之一。由于其可调节的结构和独特的性能，已开发出各种聚合物以用于各种应用。但是，传统的分步制备策略不可避免地会涉及一些问题，例如分离，纯化和耗时。多组分反应（MCR）作为一种环境友好的合成策略正在兴起，以构建具有侧基和设计结构的多功能聚合物或复合材料，因为它们具有高效、快速、绿色和原子经济性等特点。本文综述了通过不同的MCR制备多功能荧光聚合物或吸附聚合物复合材料的最新进展，包括Kabachnik-Fields反应、Biginelli反应、巯基乙酸锁定亚胺反应、Debus-Radziszewski反应和Mannich反应。还强调了这些聚合物复合材料在生物医学和环境修复中的潜在应用。希望通过本篇综述对MCR的介绍能够促进功能性聚合物材料的开发、制备和应用。

图1 通过不同的MCR制备具有AIE功能的荧光共聚物和吸附性聚合物复合材料及其在生物医学和环境应用中的潜在应用

论文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/marc.202000563

2.具有聚集诱导发射特性的多功能有机荧光探针：超快肿瘤监测、双光子成像和图像引导光动力治疗

具有聚集诱导发射 （AIE） 特性的多功能光敏剂 （PSs） 的开发在促进光动力疗法 （PDT） 的进展方面发挥着关键作用。在这项工作中，研究人员设计并准备了具有 AIE 活动的多功能 PS（称为 DSABBT NP），以执行超快染色、出色的双光子生物成像和高效的图像引导 PDT。简单地说，通过4-（二乙氨基）-水杨醛（DSA）和4,7-双（4-氨基苯基）-2,1,3-苯并噻二唑（BBT）的一步式席夫反应合成具有AIE特征的DSABBT。DSABBT和DSPE–PEG 2000–cRGD通过在室温下轻松进行纳米沉淀，可以在超纯水/四氢呋喃混合物中轻松生成纳米颗粒（NPs）。我们发现DSABBT NPs表现出明亮的固态荧光，具有大的斯托克斯位移（180 nm）和两光子吸收截面（1700 GM）。重要的是，DSABBT NPs具有出色的超快染色和双光子成像能力，可以通过在温和条件下巧妙地摇动活细胞5 s来轻松标记亚细胞器。而且，DSABBT NPs显示出高的单线态氧（1 O 2）的产生能力和出色的图像引导PDT效率。因此，DSABBT NPs可以作为多功能PSs性能优良的候选材料，它可以在照射条件下通过产生活性氧来破坏癌细胞并阻止恶性肿瘤的生长。这些成果提供了开发多功能诊断系统的可选策略。

图2 具有聚集诱导发射特性的多功能有机荧光探针

论文链接： https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c21309

3.时空磁热微环境引导可生物降解聚合物植入物的行为

植入体的降解行为对于骨修复非常重要。然而，时空调节植入物的降解以匹配骨向内生长仍然是无法实现的。在本文中，建立了磁控生物降解模型，以研究电磁场在交变磁场（AMF）产生的磁热微环境中的降解行为。结果表明，支架可以在AMF下被磁性纳米颗粒（NPs）加热，从而大大加速了支架的降解。特别地，用油酸改性的具有更好的界面相容性的磁性NP显示出更高的加热效率，以进一步促进降解。此外，分子动力学模拟表明，磁性纳米粒子与聚合物基体之间增强的运动相关性可以加速能量转移。作为概念验证，证明了磁控降解植入物的可行性，并提供了一种改善纳米材料加热效率的优化策略，这可能对临床医学具有重要的指导意义。

图3 聚合物植入物中磁控降解的示意图

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202009661

4.储能更快、循环寿命更长的涂碳层金属氧化物/镍钴硫化物基复合材料的合理设计

研究人员制备了基于金属氧化物/镍钴硫化物复合电极超薄碳层的混合超级电容器(Co3O4@C@CoNi2S4). 这种超薄的碳层是增强电子和离子传输的“高速公路”，水平排列的纳米片结构防止了电极在电化学反应过程中的结构坍塌。获得的Co3O4@C@CoNi2S4分级复合材料具有较高的质量比容量（1a·g-1时为400.6mah·g-1）。更重要的是，作为一个基于Co3O4@C@CoNi2S4//活性炭（AC）在1052.8w·h·kg-1的比功率下，获得了46.5w·h·kg-1的高比能（10000次充放电后电容保持率为95.6%）。结果表明，这种方法是可行的，Co3O4@C@CoNi2S4异质结构在能源领域的电化学应用前景广阔。

图4 涂碳层金属氧化物/镍钴硫化物基复合材料性能

论文链接： https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsaem.0c02633

5.注射用乙二醇壳聚糖/端二苯甲醛聚乙二醇水凝胶修复关节软骨缺损的体内外研究

关节软骨的正常解剖结构决定了其有限的再生和修复能力。一旦损坏，很难自行修复。如何实现关节软骨的再生与修复一直是临床医师和研究者的一大难题。研究人员对水凝胶的物理性质和细胞相容性进行了综合分析，并评估了其作为脂肪间充质干细胞（ADSC）移植细胞载体的可行性。将浓度匹配的水凝胶与ADSCs共培养，证实ADSCs在水凝胶中的生长，并为体内实验提供数据支持，包括水凝胶/ADSCs、纯水凝胶、缺损放置和阳性对照组。制作大鼠膝关节区关节软骨缺损模型，每组均在膝关节软骨区给予治疗；阳性对照组通过手术打开关节腔，不造成软骨缺损。通过8周后大鼠膝关节软骨损伤的大体评分和组织学评分，评价注射用乙二醇-壳聚糖/二苯甲醛封端聚乙二醇（GCS/DF-PEG）水凝胶对损伤关节软骨的修复作用。在体外，1.5%GCS/2%DF-PEG水凝胶降解速度快。然后，进行了体内和体外实验，以评估这种材料在体内和体外软骨修复的可行性。

图5 术后8周检测结果

论文链接： https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2021.607709/full

6.DOPA衍生的电活性共聚物和固定化IGF-1的聚乳酸-乙醇酸/羟基磷灰石可生物降解微球用于协同性骨修复

由于缺陷特征（形状和大小不规则）和局部环境（例如硬脑膜的搏动和靠近大脑）的原因，头骨是最难修复的骨头之一。具有良好可注射性，可调节的尺寸，高比表面积和表面可修饰性的电活性微球体系统，具有出色的骨再生潜力。通过将苯胺四聚体（AT）固定在聚（乳酸-乙醇酸共聚物）/羟基磷灰石（PLGA / HA）微球上来制备电活性微球。随后，结合重组DNA技术和酪氨酸酶处理，设计了受生物正交化学启发而设计的含3,4-羟基苯丙氨酸的重组胰岛素样生长因子-1（DOPA-IGF-1），并在电活性支架表面进行了修饰。所制备的微球表现出优异的球形度和均质性，平均直径为329.2±16.5μm。电活性微球表现出显著的细胞增殖和增强的成骨分化，并且与DOPA-IGF-1结合可以进一步协同诱导矿化和成骨分化。大鼠颅骨缺损修复实验显示出极好的可修复性，可在骨缺损部位植入的复合微球支架内形成矿化的胶原蛋白沉积。因此，具有电活性和生物活性的仿生复合微球在颅骨缺损修复方面显示出相当大的潜力。

图6 可生物降解微球用于协同性骨修复

论文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894721007208

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