【摘 要】
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微纳马达是一个方兴未艾的研究领域,以其独特的自驱动特性,受到了越来越多研究者们的关注。微纳马达是一种能够将周围环境中其他形式的能量(如化学能、光能、热能等)转换成自身机械能的微纳米材料。通过自驱动机制,微纳马达的运动性为微纳米材料在复杂环境下的应用打开了一扇新的大门。席夫碱水凝胶通过席夫碱反应聚合而成,具有动态可逆的席夫碱键。动态可逆的交联方式,赋予其不仅有良好的力学性能,还具有一定的自愈能力,并
【基金项目】
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中央高校基本科研业务费专项基金项目;
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微纳马达是一个方兴未艾的研究领域,以其独特的自驱动特性,受到了越来越多研究者们的关注。微纳马达是一种能够将周围环境中其他形式的能量(如化学能、光能、热能等)转换成自身机械能的微纳米材料。通过自驱动机制,微纳马达的运动性为微纳米材料在复杂环境下的应用打开了一扇新的大门。席夫碱水凝胶通过席夫碱反应聚合而成,具有动态可逆的席夫碱键。动态可逆的交联方式,赋予其不仅有良好的力学性能,还具有一定的自愈能力,并且具有p H响应能力,使其在复杂多变的生物环境中的应用更加灵活。本文中,通过将席夫碱水凝胶与微纳马达结合,利用功能化的微纳马达不仅拓宽了水凝胶的基本功能,而且给原本静态的水凝胶系统赋予了一定的运动能力,使其应用方式更加灵活多变。另一方面,饱含水且结构较为稳定的水凝胶结构,也为微纳马达提供了一层天然的外部保护,免于在非特定位置直接暴露于复杂的外部环境当中导致过早的失活,并且引入席夫碱水凝胶的天然模拟细胞外基质的特性,使得微纳马达的生物活性得到极大提高,极大地拓展了微纳马达在生物医学应用地潜在方式。首先,我们制备了一种基于气凝胶的太阳能蒸发器,具有自推进和自修复行为,可有效地实现海水淡化和重金属去除。气凝胶太阳能蒸发器由具有不对称金沉积层的席夫碱水凝胶通过简单的冷冻干燥方法制备。水凝胶由壳聚糖和双醛淀粉组成,而金层产生热梯度可以驱动气凝胶太阳能蒸发器的自推进。气凝胶蒸发器表现出优异的水蒸发行为,使用1倍太阳光照射,在天然海水中的蒸发率为3.12 kg m-2 h-1。这种太阳能蒸发器的自推进能力和自愈性能提供了净化效率高、耐久性好、稳定性好(第10天保持88.2%以上)和高抗盐性(200 g kg-1保持80%)等优点。此外,水中的重金属离子在蒸发过程后被有效去除至可饮用的水平。其次,通过层层自组装技术制备出(PSS/PEI)10胶囊型微马达,并与席夫碱水凝胶相结合,得到可注射的微马达@水凝胶系统。利用席夫碱水凝胶将胶囊微马达包裹起来,能够有效的降低胶囊在自然环境中的破损率,并且为药物的释放提供了p H选择性以及更好的缓释效果。(PSS/PEI)10胶囊型微马达的高载药性和良好的运动性,使得药物的释放范围随着微马达的运动而扩散得更大,能够降低抗生素剂量的使用并且有效提高了抗菌的效果。最后,基于层层自组装技术制备了负载si RNA的纳米马达(si RNA@NM)。为了实现对微酸性肿瘤基质的长时间保留和逐渐释放,将si RNA@NMs加载到席夫碱水凝胶中,构建用于瘤内给药的NM@hydrogel系统。NM@hydrogel系统响应肿瘤微环境中的p H变化释放si RNA@NM。纳米马达的自主运动和FA介导的特异性内吞作用加速si RNA@NM进入癌细胞。进入癌细胞后,PEI引起的质子海绵效应促进si RNA@NM从溶酶体逃逸到细胞质,提高了si RNA@NM在肿瘤细胞中的渗透深度和滞留时间,赋予了NM@hydrogel系统优异的抗癌效果。
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