【科研摘要】

可注射水凝胶已成为生物医学工程应用中有希望的材料，但是微生物感染仍然是其应用中的普遍挑战。最近，吉林大学史作森副教授/崔占臣教授和阿尔伯塔大学Ravin Narain教授团队提出了一种可注射的具有自愈特性的抗菌水凝胶，该凝胶基于生理学pH值下的动态苯并氧杂硼酸-糖和2-脲基-4-嘧啶酮(UPy)部分的四重氢键的双交联网络结构。

动态流变实验证明了双交联网络的凝胶行为(储能模量G'>损耗模量G'')，并且该模量表现出频率依赖性。UPy单元在聚合物链段中的非共价相互作用使可注射的水凝胶具有良好的机械强度。通过改变固体含量，UPy单位以及pH值，可以控制水凝胶的机械性能。另外，水凝胶不仅表现出优异的自我修复和可注射特性，而且还表现出pH和糖双响应性。此外，水凝胶可有效抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长，同时显示低毒性。3D细胞封装实验结果还证明了这些水凝胶作为细胞培养支架的潜在用途。综上所述，所制备的水凝胶的可注射性，自修复性和抗微生物特性对转化医学(例如细胞和组织工程应用)显示出巨大的希望。相关论文以题为Dual Cross-Linked Hydrogels with Injectable, Self-Healing, and Antibacterial Properties Based on the Chemical and Physical Cross-Linking

发表在《Biomacromolecules》上。

【主图】

图1.(a)通过自由基聚合的共聚物聚(DMA-st-META-st-LAEMA)的合成路线。(b)通过自由基聚合的共聚物聚(MPC-st-UpyHEMA-st-MABBO)的合成路线。(c)通过苯并氧杂硼酸酯-糖络合和UPy部分的四个氢键交联的多功能水凝胶的示意图。

图2.(a)具有不同重量比(6、8和10 wt%)的A+B-2水凝胶的动态振荡频率扫描。(b)储能模量G'数据(γ= 1%，ω= 10 rad/s)。

图3.(a)具有不同UPy单位含量的水凝胶的动态振荡频率扫描。(b)储能模量G'数据(γ= 1%，ω= 10 rad/s)。

图4.(a)不同pH(7.4、8.4和9.4)的A+B-2-8%水凝胶的动态振荡频率扫描。(b)储能模量G'数据(γ= 1%，ω= 10 rad/s)。

图5.(a)通过在pH 7.4下混合A和B聚合物溶液形成水凝胶。(b)A + B-2-8%水凝胶的SEM图像。(c)A + B-2-8水凝胶的粘度与剪切速率之间的关系。(d)A + B-2-8%水凝胶的可注射特性:使用A + B-2-8%作为墨水书写“吉林大学”和“ A of U”;通过注射器(21-G针)将A + B-2-8%的水凝胶挤出到PBS溶液(pH = 7.4)中。

图6.(a)A + B-2-8%水凝胶的振荡应变扫描。(b)A + B-2-8%水凝胶的自愈特性通过动态循环应变扫描测量(ω= 10 rad/s，γ= 1或500%)得到证明。(c)证明A + B-2-8%水凝胶在环境中的自我修复性能。

图7.(a)水凝胶的可模制性能。(b)A+B-2-8%水凝胶的高拉伸性。(c)通过循环添加HCl和NaOH呈现的A+B-2-8%水凝胶的可逆凝胶-溶胶-凝胶转变。(d)证明了A+B-2-8%水凝胶的糖响应特性。

图8.(a)大肠杆菌和(b)金黄色葡萄球菌菌落在无/有A+B-2-8%水凝胶处理下培养的平板计数实验中的图像;(c)和(d)是大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的统计数据。

图9.与水凝胶提取物孵育24、48和72 h后，HeLa细胞的细胞活力(a)A+B-2-6%，(b)A+B-2-8%和(c)A+B-2-10%。(d)在A+B-2-8%水凝胶中培养48小时的HeLa细胞的活/死分析的3D图像。

【科研摘要】

通过简单的一步混合法成功地制备了具有多种功能的双交联水凝胶。水凝胶由动态共价相互作用链段(苯并氧杂硼酸酯-糖)和非共价相互作用链段(四氢键)组成，形成双交联网络。可注射的水凝胶具有很高的自我修复能力，并且对pH和糖都有反应。流变学测量表明，水凝胶的机械性能可以通过固体含量，UPy单位含量和pH值进行调节。此外，水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌显示出良好的抗菌性能。通过MTT分析证实了其优异的生物相容性;同时，它还可以为3D封装中的细胞生长和增殖运输营养。这种双交联的多功能水凝胶在许多生物医学领域中具有巨大的潜在应用。

上一篇：吉林大学中日联谊医院这项举措为何受就医患者
下一篇：没有了