頂刊動態 | Nature子刊/AM/Nano Letters等生物材料最新學術進展匯總【160702期】

1、ACS Nano：能對微環境做出響應而被清除的磁電漿納米團簇

圖1 MPNA的制備以及其在酸和酶的作用下分解的過程

金納米顆粒被廣泛作為藥物運輸系統、生物成像的造影劑和光熱治療材料，但是它們非常穩定，能在體內停留很長時間，可能會對人體造成危害。

最近，國家納米科學中心的Linlin Li（通訊作者）和Hong Liu（通訊作者）等人設計了一個可以用CT/PTA/MRI三模式成像引導光熱治療腫瘤的平臺（MPNAs）。MPNAs以Fe3O4納米團簇作為核心，然后在核的外面生成一層金納米顆粒，MPNAs的平均直徑為205nm。完成成像和治療任務后，在酸性環境中以及酶的作用下，MPNAs能夠被逐漸分解成為小分子和分散的金納米粒子（直徑小于10nm）從而被排出體外。

文獻鏈接：Microenvironment-Driven Bioelimination of Magnetoplasmonic Nanoassemblies and Their Multimodal Imaging-Guided Tumor Photothermal Therapy（ACS Nano，2016，DOI：10.1021/acsnano.6b03238）

2、Advanced Materials：用超疏水/超親水顯微圖案制造有特定形狀的水凝膠顆粒

圖2 超疏水/超親水顯微圖案（步驟1）以及用其制備水凝膠的方法（步驟2）

水凝膠因為非常柔軟，加上其多孔結構，能夠作為三維的細胞和組織生長場所。但是由于養分以及其它生物分子很難從介質中擴散到水凝膠內部，因此塊狀的水凝膠的毒性會隨時間的增加而增加。

最近，德國卡爾斯魯厄理工學院的Pavel A. Levkin（通訊作者）等人報導了一種能夠快速制造各種形狀和尺寸的自由站立水凝膠顆粒的方法。他們首先在超疏水性的表面上形成各種形狀的超親水性斑點陣列（步驟1），當將水溶液放在滑片上時，液體會聚集在超親水性的地方而分成很多小的液滴。實驗時要用到兩塊滑片，滑片1上的是CaCl2溶液，滑片2上用的是含有細胞的藻酸鹽溶液。將滑片1和滑片2結合就會得到水凝膠顆粒，如果滑片2在上，滑片1在下得到的是水凝膠納米顆粒陣列（圖a），但是如果反過來就會得到自由站立的水凝膠納米顆粒（圖b）。這些納米顆粒對細胞的毒性比塊狀水凝膠的低，在細胞培養和組織工程中有潛在應用。

文獻鏈接：Fabrication of Hydrogel Particles of Defined Shapes Using Superhydrophobic-Hydrophilic Micropatterns（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201602350）

3、Nature Materials：用可生物吸收的Si電極來監控大腦皮層的電活性

圖3 Si電極的結構

對大腦神經的活性進行監控在診斷和治療神經疾病方面有重要應用，這需要將電極植入大腦內，當使用完成后還要將電極移出體外，移除的過程增加了費用與風險。

最近，美國伊利諾斯州大學的John A. Rogers（通訊作者）和賓夕法尼亞大學的Brian Litt（通訊作者）等人設計了一個可以被緩慢吸收的Si電極來監控大腦皮層的信號。這種電極不僅可以監控到急性和慢性腦疾病的信號，并且在適當的條件下會被緩慢吸收，不需要將電極移除。這種電極使用Si作為活性的半導體，很容易進行批量生產。

文獻鏈接：Bioresorbable silicon electronics for transient spatiotemporal mapping of electrical activity from?the cerebral cortex（Nature Materials，2016，DOI：10.1038/NMAT4624）

4、Nano Letters：高度集成納米平臺實現化學療法和免疫療法的結合

圖4 DOX@HIMSN的作用機理

患有轉移性很強的癌癥的病人不適合進行手術治療或者放射治療，而通常進行化學治療。通常認為化學療法和免疫療法之間沒有關系，或者是相反的關系，即提高化學療法的效率一定會降低免疫療法的效率，反之亦然。

最近，武漢大學的Xian-Zheng Zhang（通訊作者）等人設計了一個高度集成的納米平臺（DOX@HIMSN）實現了化學療法和免疫療法的結合。他們首先在介孔納米SiO2上加載DOX（抗癌藥），然后用能對pH和GSH做出響應的分子來封住納米硅的孔口，最后用能主動定位的配體和能進行MRI/CT成像的顆粒來修飾。DOX@HIMSN能在腫瘤出富集，到達腫瘤后，在pH和GSH的共同作用下DOX被釋放出來殺死癌細胞，但對白細胞的作用很小，并且還能引起抗癌的免疫反應來促進治療效果。這種納米平臺有望用于治療轉移性強的腫瘤。

文獻鏈接：Highly Integrated Nano-Platform for Breaking the Barrier between Chemotherapy and Immunotherapy（Nano Letters，2016，DOI：10.1021/acs.nanolett.6b01432）

5、Advanced Materials：在包含細胞的3D水凝膠中原位生成微流體網絡

圖5 用激光形成微流體通道的示意圖

細胞生活在一個復雜的微環境中，這個環境與細胞所在的組織有關，細胞間的信號傳遞都要通過微環境。利用微流體技術可以模擬這種微環境，但是目前的技術只能制造2D的微環境，并且使用的是非生物材料，而且它們的結構早已確定，不能研究動態的信號傳輸。

最近，瑞士洛桑聯邦理工學院的Matthias P. Lutolf（通訊作者）等人使用脈沖激光在水凝膠中制造微流體網絡，這種技術能制造各種形狀的3D網絡，在進行實驗的時候還能根據需要來形成新的通道，并且對里面的細胞沒有影響。這種技術使用的儀器簡單，不需要人員操作，有望于應用于模擬細胞和組織的微環境來解決目前的一些生物醫學方面的問題。

文獻鏈接：In Situ Patterning of Microfluidic Networks in 3D Cell-Laden Hydrogels（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201601099）

6、Nature Communications：提純單手性單壁碳納米管用來生物成像

圖6 34μg（9,4）SWCNTs（左）和128μg原始SWCNTs（右）的成像效果對比

單壁碳納米管（SWCNTs）在生物成像方面有重要應用，但是由于不同手性的SWCNTs有不同的激發波長，因此有幾種手性的混合SWCNTs的成像效果不好。單手性的（9,4）SWCNTs有很好的成像特性，但是目前的提純方法成本高，產率低，并且純度不高。

最近，日本國家先進工業科學技術研究院的Hiromichi Kataura（通訊作者）等人分離出了高純度的（>90%）（9,4）SWCNTs，并且利用（9,4）SWCNTs對小鼠的血管進行了生物成像。他們是利用手性不同的SWCNTs對表面活性劑的親和力不同來提純的，這種方法的產量很高（毫克級），一天的產量就能進行15000次成像實驗，這種工業化提純的方法能為SWCNTs的應用帶來巨大改變。

文獻鏈接：Industrial-scale separation of high-purity single-chirality single-wall carbon nanotubes for biological imaging（Nature Communications，2016， DOI: 10.1038/ncomms12056）

7、Angewandte：介孔SiO2運輸藥物抑制miR-21的功能并且監控治療效果

圖7 MSNs的修飾過程及其作用機理

能靶向運輸藥物、控制藥物釋放并且實時監控治療效果的藥物運輸系統是未來個人化醫療的發展方向。介孔SiO2納米顆粒（MSNs）是一種很好的運輸系統，但是目前使用的MSNs藥物釋放緩慢，不能很好控制釋放速率，并且還不能監控治療的效果，只能監控藥物是否釋放。

最近，新加坡國立大學的Shao Q. Yao（通訊作者）等人用能夠穿透細胞膜的聚二硫醚和能夠探測死亡細胞的肽（DEVD-AAN）來修飾MSNs，這種MSNs能被細胞快速吸收，并且能夠受控的釋放藥物來抑制miR-21的功能從而殺死癌細胞。而DEVD-AAN則能夠與細胞的死亡產物結合成能發出熒光的復合物，使得死亡的細胞能夠被實時的探測到。

文獻鏈接：Cell-Penetrating Poly(disulfide)-Assisted Intracellular Delivery of Mesoporous Silica Nanoparticles for Inhibition of miR-21 Function and Detection of Subsequent Therapeutic Effects（Angewandte，2016，DOI: 10.1002/anie.201602188）

8、Nano Letters：無需標記物的超敏感生物傳感器

圖8 納米線與適體組成的傳感器

半導體納米線由于其高的表面積和其電學性能很適合做生物傳感器。DNA適體是能與特定目標（如某種蛋白質）結合的單鏈DNA序列。

最近，瑞士的Ioulia Tzouvadaki（通訊作者）等人用Si納米線和DNA適體組成的生物傳感器探測到了濃度為23aM（10的負17次方）的前列腺特征抗體（PSA）。當納米線吸附DNA適體后，因為在納米線的周圍產生了一個電場，其產生最小電流的電壓增加，如果DNA適體再與PSA結合，那么其產生最小電流的電壓會再增加，這樣就能探測到有沒有PSA。這種傳感器有望用來探測一系列與癌細胞有關的標記物從而發現早期的癌癥。

文獻鏈接：Label-Free Ultrasensitive Memristive Aptasensor（Nano Letters，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01648）

本文由材料人生物材料學習小組CZM供稿，材料牛編輯整理。

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