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中国科学：材料科学（英文）
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中国科学：材料科学（英文）/EISCI
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    纳米材料助力合成生物学的生物医学应用

    雷琪赵一帆刘双语肖雅方...
    2051-2066页
    查看更多>>摘要：合成生物学是借助基因工具改造活细胞和生物体的学科,其经历了蓬勃发展阶段,在生物医学领域得到广泛应用,包括新型生物传感器和生物材料设计,以及最新临床治疗药物和疫苗的开发.纳米材料具有独特的物理、化学和生物特性,在拓展合成生物学的生物医学应用场景上具有巨大的潜力,可以提高治疗剂的生产效率,并增强改造生物体的功能.在此,我们简要概述了纳米材料应用于合成生物学领域的最新进展,主要涵盖纳米材料作为递送载体、信号转导器和功能增强剂的角色及其制备过程和性能特点.本综述首先强调了纳米材料作为基因载体的最新成果,包括有机、无机和仿生递送系统;其次,回顾了纳米材料介导的刺激响应型基因表达调控的研究;第三,总结了在可编程的杂化生物活性材料方面的开创性工作,包括纳米材料/细菌杂合系统和纳米材料/哺乳动物细胞杂合系统;最后,讨论了该领域当前面临的挑战,并从个人观点展望了未来的发展前景.

    synthetic biologynanomaterialsgene circuit car-rierssignal transductorshybrid systems

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    持续释放蒙脱土插层杂化复合材料中的成骨微量元素促进骨再生

    童磊刘泉滢熊丽王培磊...
    2067-2079页
    查看更多>>摘要：优化支架组分和结构以实现内源性成骨是骨组织工程中一项有前景的进展.本研究将蒙脱土作为一种增强相,以插层结构引入到多巴胺介导的仿生有机/无机杂化水凝胶中.通过蒙脱土-聚合物相互作用和多酚介导的多重反应改善了骨再生支架(HDC-HAp-MMT)的理化特性,增强了力学性能和抗降解能力.特别是,持续性释放的有益微量元素为成骨微环境提供了关键的成骨生化信号.该水凝胶在体外促进了骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化.同时,在异位成骨模型中,显著增强了矿物沉积(30天后机械增强6.91倍);在原位兔颅骨修复实验中,实现了相对于天然骨80.94％的骨体积分数和85.89％的骨密度.该策略可能代表了一种新型的生物活性骨再生支架的制备方法.

    montmorilloniteosteogenic elementshybrid com-positesbone regeneration

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    用于腹膜转移瘤治疗的免疫植入件药效学评价及其在大鼠和兔子体内的安全性评价

    司星辉吉国锋马胜刘丽萍...
    2080-2089页
    查看更多>>摘要：瘤作为一种极具侵袭性的恶性肿瘤,具有极高的转移性,临床平均生存期不超过9个月.现有的治疗方法,包括手术切除和局部热灌注化疗,往往只能短暂抑制肿瘤生长,对患者生存期的改善有限.在之前的工作中,我们报道了一种基于亚胺与醛基的免疫植入件,持续释放负载的化疗-免疫治疗药物,有效刺激全身性抗肿瘤免疫反应,实现了肿瘤的高效治疗.在此,我们优化了四臂PEG的末端基团(肼基、羟胺基和胺基),以实现在大动物体内更稳定和更长的药物释放.基于肟键的免疫植入件在临床前评估中表现出优异的机械强度、延长的降解时间和持续的药物释放.在大鼠和兔子中的安全评价显示了出色的生物相容性.植入件负载了化疗药物奥沙利铂和免疫刺激剂雷西莫特,在胃癌腹膜转移瘤中显示出高效的治疗效果,肿瘤抑制率超过96％.这些结果充分支持了免疫植入件在腹膜转移瘤治疗中的临床转化潜力.

    peritoneal metastatic carcinomaimmunotherapyimplantsgastric cancer

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    微米尺度的规则拓扑结构对细胞和组织行为的影响

    王兴旺郑晗毅汪璟余红梅...
    2090-2102页
    查看更多>>摘要：生物材料表面的物理性质,如拓扑结构,由于其易于加工和稳定的生物作用而受到广泛关注.虽然已有许多研究报道了材料表面拓扑结构与细胞的相互作用,但由于不同研究中使用的微结构和实验环境的多样性,生物材料表面不同微结构与细胞/组织行为之间的影响关系尚未得到很好的统一评价.在本研究中,我们设计了 11种图案(三角形、矩形、圆形等),这些图案包含两种类型的形貌(微坑和微柱),这样一共得到22种表面拓扑结构.我们在体外和体内对这些微结构影响细胞和组织的生物作用进行了评估.我们的研究结果表明,由连续微坑形成的凹槽微结构促进细胞迁移效果相比其他微结构更强.其中,由三角形微坑组成的凹槽在体外对细胞迁移的促进作用最强.在大鼠皮下模型中,这种三角形微坑组成的凹槽结构减少了纤维组织的包封,促进了血管的形成.

    micro-scale topographycell behaviortissue re-sponseendothelial cellsbiomaterials

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    多孔复合水凝胶负载角膜缘干细胞重建眼表

    王付燕许悦荷石德鹏程钧...
    2103-2114页
    查看更多>>摘要：干细胞疗法是一种用于重建角膜缘干细胞缺乏症(LSCD)患者眼表的新技术.然而,目前报道的干细胞疗法治疗LSCD仅局限于二维(2D)培养体系,不能模拟干细胞在体内生存的原生微环境.本研究基于多孔明胶甲基丙烯酰(GelMA)/丝素蛋白甲基丙烯酸缩水甘油酯(Sil-MA),制备了一种可注射的光交联水凝胶用于负载角膜缘干细胞(LSCs)以重建眼表.多孔GelMA/SilMA水凝胶具有优异的透明度和良好的粘附性.更重要的是,该水凝胶保持了兔LSCs的活力,支持了兔LSCs的粘附,并促进了它们在体外3D培养环境中的迁移.蛋白质组学分析证实,多孔GelMA/SilMA水凝胶3D细胞培养体系能够保持LSCs的自我更新和分化能力.此外,组织学分析表明,负载LSCs的多孔GelMA/SilMA水凝胶能够有效的促进LSCD再上皮化.多孔水凝胶能够简化连续细胞培养的相关操作,以构建具有细胞均匀分布的眼表.这些发现为干细胞疗法和再生医学用于眼表重建提供了有价值的见解.

    porous gelatinsilk fibroinhydrogellimbal stem cellsocular surface reconstruction

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    热致硬化水凝胶驱动器用于自锁定抓手

    李海群海楠吴欣俊袁之叶...
    2115-2122页
    查看更多>>摘要：基于水凝胶致动器的柔性抓取器由于具有刺激响应性的抓取和释放能力而受到广泛关注.然而,水凝胶抓取器力学性能通常较差,难以抓取较重的物体.本文介绍了一种具有自锁定能力的双层水凝胶抓手,它以含有微凝胶的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)水凝胶层为驱动层,实现抓取动作;以聚丙烯酸-醋酸钙(PAA-Ca(CH3COO)2)水凝胶层为热致硬化层,通过提高PAA-(CH3COO)2层的模量来锁定抓取动作,因而水凝胶抓手可以提起自身重量500倍的重物.此外,软抓手还能在各种抓取模式下工作.本文有望为构建具有强抓取能力的软质致动器提供新的思路.

    hydrogel actuatorsthermo-responsiveself-lockingsoft grippers

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    基于温度开关的光响应智能水凝胶用于可逆信息加密和解密

    狄睿宋志鹏李明通练梦洁...
    2123-2134页
    查看更多>>摘要：在智能凝胶防伪系统中使用的光、热、电、pH等刺激响应性水凝胶,是一种很有前途的信息加密和解密材料.然而单一刺激会限制高水平的防伪.因此,需要协同使用多种刺激来提升信息安全等级.本研究设计了一种高透明度的海藻酸钠-聚丙烯酰胺(SA-PAM)水凝胶作为基体,利用无机变色材料钼酸铵(Mo7)赋予其凝胶光致变色特性.此外,温敏材料聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)可使凝胶在最低临界相变温度(LCST)下发生体积相变,进而改变凝胶的宏观状态,可以通过调整凝胶体系中亲水单体和疏水单体的比例来控制LCST.利用紫外线(UV)作为"墨水"输入信息,以温度作为"开关"来加密/解密信息.总之,该水凝胶具有出色的光致变色能力,可在10 s内着色,紫外光吸收率最高可达96.23％.利用水凝胶对光-热刺激展现出的非凡响应能力,可以实现其迅速显示和隐藏信息的功能,从而确保信息安全,这为光致变色水凝胶在信息加密领域的应用提供了 一种新方法.

    stimulus-responsive hydrogelinformation storageinformation security

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    通过二维沸石调节铂的氢化选择性

    翟玉慧马悦崔凤超田宇阳...
    2135-2141页
    查看更多>>摘要：不饱和醇是一类重要的医药中间体,然而C=C加氢比C=O加氢反应更具有热力学优势,因此由不饱和醛合成不饱和醇具有挑战性.为解决这一问题,需要寻求一种具有可调控选择性的氢化催化剂.二维沸石的高长径比和大量的末端基团作为锚定位点,使其不仅能作为催化剂载体,还可以有效地调节催化剂性能.本研究利用二维沸石IPC-1P作为铂纳米颗粒的载体,成功制备出异相催化剂Pt@IPC-1P.铂纳米颗粒的尺寸小于2 nm且均匀地分布在IPC-1P上.令人惊喜的是,Pt@IPC-1P催化剂对不饱和醇的选择性超过了90％,并实现了接近100％的催化转化率,远超其他铂基催化剂.理论计算证实,二维沸石IPC-1P在肉桂醛向肉桂醇的转化过程中起到了积极作用,其放热效应能量高于苯丙醛.这项工作展现了二维沸石在催化有机物转化领域具有广阔的应用前景.

    heterogeneous catalysis2D zeolitehydrogenation selectivitycinnamaldehydetop-down approach

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    一步法构建S型BaTi2O5/g-C3N4异质结用于增强光催化析氢

    李亚莹杨惠娟李吉利李晔飞...
    2142-2152页
    查看更多>>摘要：作为一种将太阳能有效转化为化学物质的方法,异质结光催化已被广泛研究.然而,开发高性能异质结光催化系统的主要挑战在于实现各组分之间电子的高效转移.本文通过将BaTi2O5纳米棒与g-C3N4薄片相结合,构建了一种新型S型异质结光催化剂.通过一步浸渍-还原法在g-C3N4纳米片上优先沉积Pt纳米颗粒作为助催化剂,增强了界面接触和强电子相互作用,这对光催化性能的提升至关重要.实验结果显示,所构建的PtImp/20BaTi2O5/g-C3N4光催化剂的最佳析氢速率为2587 μmol g-1 h-1,并且在循环后依旧保持较高的稳定性.光电化学分析和理论计算进一步表明,BaTi2O5/g-C3N4异质结的构建导致了交错能带排列的形成和电荷载流子动力学的改善.这项工作凸显了利用新型S型异质结和可行的助催化剂促进光催化发展的重要性和可行性.

    BaTi2O5/g-C3N4S-scheme heterojunctioncocata-lystcharge carrier dynamicsphotocatalytic H2 evolution

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    调控动态生长过程以构筑嵌段可换和光谱可调的有机异质结构

    赵帅许超飞余悦夏星宇...
    2153-2160页
    查看更多>>摘要：与单一结构相比,有机嵌段异质结构具有特殊的光电性能.然而,有机分子间的相互作用主导了异质结构构建单元的生长顺序,如有机单元A、B会自发形成BAB型结构而不是相反的ABA型结构,不能可控生长.在此,我们提出了次序结晶工程,结合晶种逐步自组装,控制共晶R与共晶N在彼此的两端纵向外延生长,从而精确合成具有可逆嵌段构型的有机嵌段异质结构:RNR和NRN.RNR有机嵌段异质结构,由于其逐渐掺杂的异质结而表现出渐变色的发射和波导特性,而NRN有机嵌段异质结构由于其明显的构筑异质结界限而表现出纯双色发射和波导特性.本工作实现了有机嵌段异质结构中嵌段块的有序可控生长,为未来光子学发展提供了制备合理复杂有机嵌段异质结构的途径.

    organic heterostructurecharge transfer cocrystalcrystallizationoptical waveguide

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