顶刊动态 | Nature子刊/Nano Lett./AFM等生物材料前沿最新科研成果精选【第23期】

CZM 8年前 (2016-09-30) 5775浏览

1、Nano Lett. 自供能多功能的静电传感器（iTEAS）用于实时生物医学监测

图1 iTEAS装置在实际应用时的效果展示图

近日，来自中科院北京纳米能源与系统研究所的王中林院士（通讯作者）和李舟研究员（通讯作者）以及第二军医大学的Hao Zhang（通讯作者）等人研发出具有自供能等功能的静电传感器装置，该装置监测心率准确度达到了99%。由于使用核壳包裹，在胸腔停止工作72小时后仍然具有监测功能，并有着良好的生物相容性。这项研究在未来医疗产业有着很大的发展潜能。

文献链接：Self-Powered, One-Stop, and Multifunctional Implantable Triboelectric Active Sensor for Real-Time Biomedical Monitoring（Nano Lett., 2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01968）

2、Adv. Funct. Mater. 近红外控制药物输送的仿生纳米粒子用于转移性乳腺癌的光热治疗

图2 近红外驱动仿红细胞纳米粒子药物释放

近日，来自中科院上海药物研究所的李亚平研究员（通讯作者）等人将近红外染料嵌入红细胞膜壳中和高分子聚合物核构成了红细胞纳米粒子。在近红外激光的刺激下，肿瘤细胞的吸收大大提高，抑制原始肿瘤的生长。这项研究可以作为理想的纳米尺度药物输送系统抗击转移性乳腺癌。

文献链接：Bioinspired Nanoparticles with NIR-Controlled Drug Release for Synergetic Chemophotothermal Therapy of Metastatic Breast Cancer（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201603381）

3、Adv. Funct. Mater. 基于普鲁兰多糖基lncRNA和pDNA的协同传输用于肝癌治疗

图3 PuPGEA的合成过程以及MEG3和P53的协同传输

近日，来自北京化工大学的徐福建教授（通讯作者）和山东大学附属肿瘤医院的Yang Ming（通讯作者）等人发现带有PuPGEA/(MEG3+P53)协同传输系统可以有效的抑制肝癌细胞的增长，这种通过类似普鲁兰多糖基高聚物矢量协同传输lncRNA和pDNA被证明是治疗癌症有着光明前景的方法。

文献链接：Effective Codelivery of lncRNA and pDNA by Pullulan-Based Nanovectors for Promising Therapy of Hepatocellular Carcinoma（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201603041）

4、Angew. Chem. Int. Ed. DNA纳米凝胶吸收致癌物质：高效仿生通用方法

图4 DNA纳米凝胶的制备与表征

德国维尔茨堡大学的J. Groll以及亚琛工业大学的F. Topuz等人制备了亲水性DNA纳米凝胶，并用其作为PAHs污染物的仿生清除材料。这种清除方式依赖于PAHs和凝胶网络之间的包括界面吸附在内的相互作用。实验表明，每克DNA纳米凝胶最多可以接纳720微克的PAH，意味着1毫克的凝胶材料就足以净化1升体积的水（具有癌症风险的PAH临界浓度值为600ng L-1）。除此之外，经过短途扩散途径，PAH的吸收也是非常迅速的，在15钟的时间里凝胶对PAH的负载量就可以达到50%。研究人员还表示，除了PAHs，这一凝胶材料也有潜力作为一种更为通用的水源基因毒素清除基底。

文献链接：DNA Nanogels To Snare Carcinogens: A Bioinspired Generic Approach with High Efficiency（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201601983.）

5、Adv. Funct. Mater. 通过压电效应调整机械相互作用

图5 胶原蛋白的分层次结构示意图

英国牛津大学Cameron P. Brown等人通过使用扫描探针和非线性光学显微镜，观察到富胶原蛋白组织压电区域的分层结构，并在硅中研究了胶原纤维组织在压电区域的机械作用。胶原纤维组织由纳米尺度的原胶原蛋白和微米尺度的纤维组成，可形成具有压电极性的层次结构域，可调节纤维的相互作用。通过调节域的尺寸和结构可控制纤维的相互作用并提高能量存储和抗能量损耗的能力。

文献链接：Modulation of Mechanical Interactions by Local Piezoelectric Effects（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201601476）

6、Adv. Funct. Mater. 利用微观图案化操纵细胞纳米力学

图6 聚乙烯醇微图案化聚苯乙烯细胞培养板表面

日本材料国立研究所的G. Chen团队利用光敏性聚乙烯醇的光刻微图案化在聚苯乙烯细胞培养板上形成微图案表面，从而对细胞形貌进行控制和再生。该团队利用AFM在聚苯乙烯微图案化表面对三种肿瘤微环境细胞进行研究比较，并通过控制细胞大小和形状揭示了细胞骨架和细胞纳米力学之间的关系。

文献链接：Manipulating Cell Nanomechanics Using Micropatterns（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm. 201601585）

7、Adv. Funct. Mater. 新型药物结构导向剂：药理作用及作为合成MSNs的模板

图7 利用DSDA制备的MSN的TEM表征

西班牙胡安卡洛斯国王C. García-Jiménez以及R. A. García-Muñoz等人发明了一种具有药理作用的表面活性剂。通过脂肪酸的作用，药物酰胺化得到这种可以充当药物结构导向剂（DSDAs）的表面活性剂。接下来，DSDAs进一步形成胶束，使得无机物可以围绕其自组装形成介观结构二氧化硅纳米颗粒（MSNs）。这种制备MSNs的方式不需要后续的表面活性剂移除、材料功能化以及药物装载等步骤，并且能进一步提高MSNs的药物负载能力。这一MSNs材料可以作为新型的药物持续控释载体。

文献链接：New Drug-Structure-Directing Agent Concept: Inherent Pharmacological Activity Combined with Templating Solid and Hollow-Shell Mesostructured Silica Nanoparticles（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/ adfm.201505073）

8、Adv. Funct. Mater. 可跨越血脑屏障以及实现光学可追踪脑部诊疗的多功能光子纳米颗粒

图8 TPNs及其TEM表征图像

韩国科学技术研究院的S. Kim以及纽约州立大学布法罗分校P. N. Prasad等人发表文章介绍了一种生物相容的多功能诊疗光子纳米颗粒（TPNs）。研究人员利用高分子两亲物与光子分子（photonic molecules）CbV以及抗癌药物姜黄素的组装成功合成TPNs。这种超小纳米颗粒不仅可以跨越血脑屏障、运输抗癌药物，还可以实现全身系统循环过程中的自我追踪。体内实验表明，这一TPNs具有发展成对抗多种脑部疾病材料的潜力。

文献链接：Multifunctional Photonics Nanoparticles for Crossing the Blood–Brain Barrier and Effecting Optically Trackable Brain Theranostics（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/ adfm. 201602808）

9、Nat. Nanotech. 具有信号放大能力的pH活化纳米颗粒用于恶性肿瘤组织的非侵害性造影

图9 PEGMnCaP的制备与表征

日本国立放射线综合研究所的I. Aoki、东京工业大学的N. Nishiyama以及东京大学的K. Kataoka等人报道了一种在pH响应下可快速放大磁共振信号的磁共振造影剂。这种造影剂将二价锰离子限制在对pH敏感的磷酸钙（CaP）纳米颗粒中，并在纳米颗粒表面包覆一层PEG有机外壳。在实体瘤的酸性环境中，磷酸钙分解释放Mn2+从而增强造影效果。研究还表明，这种纳米颗粒不仅可以快速、有选择性地照亮实体瘤，还能识别肿瘤乏氧区以及探测肝脏中的毫米级别的转移性肿瘤。

文献链接：A pH-activatable nanoparticle with signal-amplification capabilities for non-invasive imaging of tumour malignancy（Nat. Nanotech., 2016, DOI: 10.1038/nnano.2016. 72）

10、ACS Nano：聚电解质多层膜的设计提高免疫耐受性

图10 iPEM在小鼠和人体的效果图

近日，来自马里兰大学的Christopher M. Jewell（通讯作者）等人提出将髓鞘肽和脉冲发生器（GpG）作为模块化结构嵌入免疫聚电解质多层膜（iPEMs）的结构，并在随后的实验中证明这种结构对于管理免疫系统提高耐受性方面有着优异的表现。并且iPEMs可以作为无载体结构平台改变TLR的功能来减少炎症和增加免疫力。

文献链接：Design of Polyelectrolyte Multilayers to Promote Immunological Tolerance
（ACS Nano, 2016, DOI: 10.1021/acsnano.6b04001）

11、Nano Lett. 纳米游泳机器人应用于光学成像