【科研進展】化學家開發出新型納米材料,可變性具有生物醫學潛力

2021-01-13 澎湃新聞
【科研進展】化學家開發出新型納米材料，可變性具有生物醫學潛力

2021-01-12 07:00 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

化學家已經開發出一種納米材料，它們可以觸發以可控的方式改變形狀，從平板到管再到板。某雜誌發表了納米材料的描述，該材料是在埃默裡大學開發的，具有從控釋藥物遞送到組織工程等一系列生物醫學應用的潛力。

這種納米材料的片狀厚度是人發寬度的10,000倍，是由合成膠原蛋白製成的。天然存在的膠原蛋白是人類中最豐富的蛋白質，使這種新材料具有內在的生物相容性。

該發現的資深作者說：「以前沒有人製造出具有我們納米材料可變形特性的膠原蛋白。」 「我們可以簡單地通過改變其環境中的pH值或酸濃度，將其從薄板轉換為試管，再轉換回試管。」

膠原蛋白是人體結締組織（例如軟骨，骨骼，肌腱，韌帶和皮膚）中的主要結構蛋白。它在血管，腸，肌肉和身體其他部位也很豐富。

取自其他哺乳動物（例如豬）的膠原蛋白有時用於人類傷口癒合和其他醫學應用。Conticello的實驗室是全世界僅有的幾十個致力於開發適用於生物醫學和其他複雜技術的合成膠原蛋白的實驗室之一。可以以天然膠原蛋白無法控制的方式來控制此類合成的「設計」生物材料。

研究人員說：「早在30年前，就有可能控制膠原蛋白的序列。」 「由於晶體學和電子顯微鏡技術的進步，在過去的15年中，該領域確實獲得了發展，這使我們能夠更好地分析納米級結構。」

研究人員說，在Emory開發新的可變形納米材料是「一次偶然的意外」。「它具有運氣和設計元素。」

膠原蛋白由三層螺旋狀的纖維組成，它們像三股繩子一樣互相纏繞。線束不靈活，像鉛筆一樣堅硬，並且緊密地排列在一起形成晶體陣列。

Conticello實驗室已經使用了十年來開發的膠原片。研究人員解釋說：「一張紙是一個大的二維晶體，但是由於肽的包裝方式，它就像一束完整的鉛筆捆在一起。」 「捆中的一半鉛筆的筆尖朝上，另一半的橡皮筆端朝上。」

研究人員希望嘗試精製膠原蛋白片，以使每一面都局限於一種功能。進一步將鉛筆類比，片的一個表面將是所有引線點，而另一個表面將是所有橡皮擦。最終目標是開發一種膠原片，該膠原片可以通過使一個表面與設備兼容，而另一個表面與體內功能蛋白兼容，從而與醫療設備集成在一起。

但是，當研究人員將這些不同類型的表面設計成單個膠原薄片時，他們驚訝地發現它導致薄片像捲軸一樣捲曲。然後他們發現形狀轉變是可逆的-他們可以通過改變溶液的pH值來控制薄片是平坦的還是捲動的。他們還證明了他們可以調整薄片在特定pH值下的形狀轉變可以通過設計將其控制在分子水平上。

「特別有趣的是，發生過渡的條件是生理條件，」 研究人員說。「這打開了尋找在受控的實驗室條件下將治療劑加載到膠原蛋白管中的方法的潛力。然後，可以調節膠原蛋白管以消除捲曲並釋放進入人體細胞pH環境後釋放的藥物分子。」

文章來源：賢集網

原標題：《【科研進展】化學家開發出新型納米材料，可變性具有生物醫學潛力》

閱讀原文

特別聲明

本文為澎湃號作者或機構在澎湃新聞上傳並發布，僅代表該作者或機構觀點，不代表澎湃新聞的觀點或立場，澎湃新聞僅提供信息發布平臺。申請澎湃號請用電腦訪問http://renzheng.thepaper.cn。

評論（）

相關焦點

  • 稀土納米材料——這種材料極具潛力！（上）
    一方面在材料體系上更多地趨向於稀土複合材料；另一方面，在形態上更多地集中於低維和功能晶體材料。特別是隨著現代納米科學的發展，將納米材料所具備的小尺寸效應、量子效應、表面效應和界面效應等與稀土元素獨特的電子層結構特點相結合，稀土納米材料呈現出不同於傳統材料的許多新穎的性質，更大限度地發揮稀土材料的優異性能，並進一步拓展其在傳統材料領域和新型高科技製造領域的應用。
  • 發現一種新型共振J聚集體，具有先進的特徵和實際應用應用潛力！
    研究發現了一種新型共振J聚集體在碳納米管上的自組裝，具有先進的特徵和具有廣泛實際應用的高潛力。近十年來，由於在高精度儀器儀表和納米技術領域取得的進展，納米器件離工業應用越來越近。用於創建或改進此類納米器件的分子自然自組裝，為未來的創新提供了受控和簡單的製造技術。
  • ...山區縣醫院科研人員開發腫瘤治療的新型生物「飛彈」,納米藥物...
    廣州日報全媒體記者今天從高州市人民醫院獲悉，該院醫學科研人員開發了腫瘤治療的新型生物「飛彈」——一種新型多功能的中性粒細胞靶向癌症診療一體化納米藥物。該研究成果於7月12日在線發表於國際材料與化學大領域的頂尖學術期刊《Advanced Materials》（《先進材料》，影響因子：27.398），為解決腫瘤藥物的精準治療問題帶來了新的機遇，填補了我國山區縣級醫院在該領域的空白。該論文由高州市人民醫院的唐龍光博士為第一作者，美國國立衛生研究院的陳小元教授、周子健博士和高州市人民醫院院長王茂生、南方醫科大學喻志強教授為共同通訊作者。
  • 新型納米材料有哪些
    一個科學家小組最新研製一種新型材料，它比紙張薄一千倍，卻足夠堅韌，即使被彎曲也不會出現結構改變。這種微型薄片材料是由氧化鋁製成，能夠手動操控，儘管它是納米等級材料。 這種超薄材料可用於航空航天領域，甚至促進昆蟲飛行機器人技術快速發展。科學家進行了多年研究，最終設計出這種最薄、最輕的材料。該材料的設計者是美國賓夕法尼亞大學研究人員。
  • 納米技術在生物醫學中的研究進展
    納米技術在生物醫學中的研究進展 來源：生物谷 2007-12-10 10:51 摘要：20世紀80年代開始研究的納米技術在90年代獲得了突破性進展，它給許多行業帶來巨大變化
  • 我國科學家開發出新型X射線響應降解納米載藥系統
    化療是臨床上常用的腫瘤治療方式，但是單分子化療藥物生物利用度低、治療副作用大，給患者身心及其家庭帶來負擔。利用納米技術將單分子化療藥物製備成納米藥物，可實現化療藥物腫瘤靶向和可控釋放，從而改善治療效果並降低毒副作用，有利於實現高效低毒化療。
  • 2018年我國納米材料市場規模,納米材料醫學領域應用前景廣闊
    相同化學組成的納米材料與其他材料相比具有許多不同的物理、化學和生物學特性，其潛在毒性、次級效應、生物降解能力也存在質疑。如何評價納米醫藥的安全性和毒性，如何優化納米技術使這些醫藥材料適合於人體生物系統，以及如何避免或降低可能出現的毒副反應，成為擺在人們面前的一個重要問題。簡而言之，和其他前沿學科一樣，納米醫學也充滿了機遇和挑戰。
  • 【材料】具有生物組織應變-硬化特性的新型自修復柔性水凝膠網絡
    除此以外，單一的應變- 硬化機制在生物體內並不是絕對有效的，尤其是在高機械強度高應變下，材料或者組織的宏觀結構發生斷裂、刺穿時，這時就需其它機制，例如自修復，來恢復結構的完整性，繼續實現其功能。基於柔性高分子的自修復材料與機理研究在近十年已經取得了巨大的進展，但到目前為止，還沒有製備出同時具有應變-硬化特性與自修復功能的合成高分子材料。
  • 介孔二氧化矽納米材料的生物相容性基礎研究和醫學應用研究取得...
    介孔二氧化矽納米材料的生物相容性基礎研究和醫學應用研究取得進展介孔二氧化矽納米材料是一種具有高比表面積、大孔容、形貌和尺寸可控的新型無機生物材料，但是，介孔二氧化矽納米材料真正使用前必須全面深入了解其包括毒性、降解性等在內的一系列生物相容性問題。然而，在這方面國際上的基礎研究工作的報導還十分有限。
  • 這些納米材料在抗病毒方面大有潛力
    生物體內的磷酸鈣與自然界礦物中所對應的磷酸鈣基本相同，其代表為磷灰石類晶體，是脊椎動物中骨和牙等硬組織的主要無機組成部分。同樣的，哺乳動物中也存在病理性鈣化現象，其主要組分也是磷酸鈣。由於磷酸鈣材料與生物無機鈣化組織在化學結構上具有類似性，因此這類材料具有很好的生物兼容性，所以被廣泛用來發展醫學生物材料，是生物材料研究的焦點。
  • 深圳先進院研發出新型光學探針 為納米機器人提供便攜GPS系統
    通過新材料的研發，人類未來可以實現今天看來就像魔法一樣的生活。記者近日從中國科學院深圳先進技術研究院（簡稱深圳先進院）獲悉，該院生物醫藥與技術研究所納米中心的張鵬飛副研究員團隊研發出基於聚集發光材料的多功能光學探針，能為納米機器人的開發提供便攜的GPS定位系統。
  • 未來醫學的明珠——抗菌納米材料
    抗菌劑納米抗菌材料的核心是抗菌劑。抗菌劑主要分為天然、合成兩大類。天然納米抗菌材料主要是沸石類礦物，其主要組成為水鋁矽酸鹽，具有納米孔隙結構。對於分子尺寸的粒子具有較強的吸附能力。天然抗菌材料具有抗菌範圍廣、安全性高、無副作用等特點。因此深受大眾的喜愛。
  • 我國科學家開發出新型納米纖維素基載藥包封結構實現對藥物的可控...
    纖維素作為世界上儲量最豐富的天然高分子化合物，具有可再生、環境友好、生物相容和可生物降解等優點，在紙基材料、食品藥品、紡織化工、光電器件開發等領域得到了廣泛的應用。隨著納米技術在木質纖維精煉領域的迅速發展，中科院青島能源所研究人員發現利用植物纖維素製備得到的納米纖維素（CNF）材料，除了具有纖維素本身的性質外，還具有納米級尺度、高長徑比、高比表面積、低熱膨脹係數、優越的機械性能和光學性能等諸多優異特性。
  • 不忘報國心,助力納米材料科研發展
    2001年，段鑲鋒和妻子黃昱合作完成的納米電子領域相關成果被《科學》雜誌評價為「本年度重大突破」，為電子器件進一步精巧化邁出了一步。在該項成果中，他們成功地利用液體流動的動力將無數只有十億分之一米的分子線排列成約毫米級的長度，再通過改變液體流動方向，使其互相交錯地排列形成電路和電子器件，這使納米電路的低成本加工成為可能，在電子計算機和電子元件微型化方面顯示出很大的潛力。
  • 2019「化學材料與生物醫學前沿論壇」在校舉行
    隨著一片片未知領域的開發，化學家們在取得一系列成就之後，就會立刻投入到新的研究領域，以期開發出更多新材料、解決更多新問題。科學也就在科學家們不斷地發現問題、解決問題中進步。當一個成熟的領域被開發殆盡之後，研究人員的眼光就會轉移到其他相關領域。生命個體活動和生命現象作為大自然最完美的作品自然成為了科學家們孜孜以求、努力攀登的一座高山，在複雜的生物體內存在太多的疑問和驚喜。
  • 東華大學研發成功新型無機納米纖維彈性材料—新聞—科學網
  • 微生物合成生物醫學材料研究取得進展
    近兩年，向華團隊以此為基礎，在利用嗜鹽古菌合成高附加值生物醫學材料基礎研究方面又取得了系列新的進展。   地中海富鹽菌可利用多種廉價碳源高效合成3HV單體比例恆定(~10 mol%)的PHBHV，並可採用水提法方便地提取，因此具有重要的工業開發潛力。
  • 蘇州大學科研團隊在多組分鉑基納米材料研究上取得突破性進展
    交匯點訊 鉑基納米材料在越來越多的能源和催化領域中展現出良好的應用潛力，因此鉑基納米材料的可控制備及其能源催化應用研究具有十分重要的科學意義和社會價值。蘇州大學材料與化學化工學部黃小青教授帶領的團隊在該領域取得突破性進展，近日，團隊開展的「面向燃料電池應用的多組分鉑基納米材料研究」榮獲2019年度江蘇省科學技術獎一等獎。
  • 納米金剛石在生物醫學的應用
    文/鄭州磨料磨具磨削研究所王光祖衛鳳午材料是人類生存發展、徵服改造自然的物質基礎，是人類社會現代文明的重要支柱。現在的時代，既不是金屬材料時代，也不是高分子時代、新陶瓷時代、複合材料時代，而是依據科學技術的發展和社會的需要開發和應用新型材料的新時代，這就是納米材料的時代。
  • 膨潤土在新型包裝材料方面的應用及最新研究進展
    Shiji Mathew等以水煮大米澱粉為調合劑，對聚乙烯醇的理化性質進行改性，利用陽光直射在聚合物基質中快速原位生成AgNPs，開發的蒙脫土（MMT）/聚乙烯醇（PVA）/水煮大米澱粉混合材料顯示出對食源性致病菌沙門氏菌、傷寒沙門氏菌和金黃色葡萄球菌有良好的抗菌活性，表明了材料具有作為食品包裝膜的潛力，以確保食品安全和延長貨架期。