顶刊动态 | Nature子刊/AM/Nano Letters等生物材料最新学术进展汇总【160702期】

1、ACS Nano：能对微环境做出响应而被清除的磁电浆纳米团簇

图1 MPNA的制备以及其在酸和酶的作用下分解的过程

金纳米颗粒被广泛作为药物运输系统、生物成像的造影剂和光热治疗材料，但是它们非常稳定，能在体内停留很长时间，可能会对人体造成危害。

最近，国家纳米科学中心的Linlin Li（通讯作者）和Hong Liu（通讯作者）等人设计了一个可以用CT/PTA/MRI三模式成像引导光热治疗肿瘤的平台（MPNAs）。MPNAs以Fe3O4纳米团簇作为核心，然后在核的外面生成一层金纳米颗粒，MPNAs的平均直径为205nm。完成成像和治疗任务后，在酸性环境中以及酶的作用下，MPNAs能够被逐渐分解成为小分子和分散的金纳米粒子（直径小于10nm）从而被排出体外。

文献链接：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/超亲水显微图案制造有特定形状的水凝胶颗粒

图2 超疏水/超亲水显微图案（步骤1）以及用其制备水凝胶的方法（步骤2）

水凝胶因为非常柔软，加上其多孔结构，能够作为三维的细胞和组织生长场所。但是由于养分以及其它生物分子很难从介质中扩散到水凝胶内部，因此块状的水凝胶的毒性会随时间的增加而增加。

最近，德国卡尔斯鲁厄理工学院的Pavel A. Levkin（通讯作者）等人报导了一种能够快速制造各种形状和尺寸的自由站立水凝胶颗粒的方法。他们首先在超疏水性的表面上形成各种形状的超亲水性斑点阵列（步骤1），当将水溶液放在滑片上时，液体会聚集在超亲水性的地方而分成很多小的液滴。实验时要用到两块滑片，滑片1上的是CaCl2溶液，滑片2上用的是含有细胞的藻酸盐溶液。将滑片1和滑片2结合就会得到水凝胶颗粒，如果滑片2在上，滑片1在下得到的是水凝胶纳米颗粒阵列（图a），但是如果反过来就会得到自由站立的水凝胶纳米颗粒（图b）。这些纳米颗粒对细胞的毒性比块状水凝胶的低，在细胞培养和组织工程中有潜在应用。

文献链接：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电极来监控大脑皮层的电活性

图3 Si电极的结构

对大脑神经的活性进行监控在诊断和治疗神经疾病方面有重要应用，这需要将电极植入大脑内，当使用完成后还要将电极移出体外，移除的过程增加了费用与风险。

最近，美国伊利诺斯州大学的John A. Rogers（通讯作者）和宾夕法尼亚大学的Brian Litt（通讯作者）等人设计了一个可以被缓慢吸收的Si电极来监控大脑皮层的信号。这种电极不仅可以监控到急性和慢性脑疾病的信号，并且在适当的条件下会被缓慢吸收，不需要将电极移除。这种电极使用Si作为活性的半导体，很容易进行批量生产。

文献链接：Bioresorbable silicon electronics for transient spatiotemporal mapping of electrical activity from the cerebral cortex（Nature Materials，2016，DOI：10.1038/NMAT4624）

4、Nano Letters：高度集成纳米平台实现化学疗法和免疫疗法的结合

图4 DOX@HIMSN的作用机理

患有转移性很强的癌症的病人不适合进行手术治疗或者放射治疗，而通常进行化学治疗。通常认为化学疗法和免疫疗法之间没有关系，或者是相反的关系，即提高化学疗法的效率一定会降低免疫疗法的效率，反之亦然。

最近，武汉大学的Xian-Zheng Zhang（通讯作者）等人设计了一个高度集成的纳米平台（DOX@HIMSN）实现了化学疗法和免疫疗法的结合。他们首先在介孔纳米SiO2上加载DOX（抗癌药），然后用能对pH和GSH做出响应的分子来封住纳米硅的孔口，最后用能主动定位的配体和能进行MRI/CT成像的颗粒来修饰。DOX@HIMSN能在肿瘤出富集，到达肿瘤后，在pH和GSH的共同作用下DOX被释放出来杀死癌细胞，但对白细胞的作用很小，并且还能引起抗癌的免疫反应来促进治疗效果。这种纳米平台有望用于治疗转移性强的肿瘤。

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

5、Advanced Materials：在包含细胞的3D水凝胶中原位生成微流体网络

图5 用激光形成微流体通道的示意图

细胞生活在一个复杂的微环境中，这个环境与细胞所在的组织有关，细胞间的信号传递都要通过微环境。利用微流体技术可以模拟这种微环境，但是目前的技术只能制造2D的微环境，并且使用的是非生物材料，而且它们的结构早已确定，不能研究动态的信号传输。

最近，瑞士洛桑联邦理工学院的Matthias P. Lutolf（通讯作者）等人使用脉冲激光在水凝胶中制造微流体网络，这种技术能制造各种形状的3D网络，在进行实验的时候还能根据需要来形成新的通道，并且对里面的细胞没有影响。这种技术使用的仪器简单，不需要人员操作，有望于应用于模拟细胞和组织的微环境来解决目前的一些生物医学方面的问题。

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

6、Nature Communications：提纯单手性单壁碳纳米管用来生物成像

图6 34μg（9,4）SWCNTs（左）和128μg原始SWCNTs（右）的成像效果对比

单壁碳纳米管（SWCNTs）在生物成像方面有重要应用，但是由于不同手性的SWCNTs有不同的激发波长，因此有几种手性的混合SWCNTs的成像效果不好。单手性的（9,4）SWCNTs有很好的成像特性，但是目前的提纯方法成本高，产率低，并且纯度不高。

最近，日本国家先进工业科学技术研究院的Hiromichi Kataura（通讯作者）等人分离出了高纯度的（>90%）（9,4）SWCNTs，并且利用（9,4）SWCNTs对小鼠的血管进行了生物成像。他们是利用手性不同的SWCNTs对表面活性剂的亲和力不同来提纯的，这种方法的产量很高（毫克级），一天的产量就能进行15000次成像实验，这种工业化提纯的方法能为SWCNTs的应用带来巨大改变。

文献链接：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运输药物抑制miR-21的功能并且监控治疗效果

图7 MSNs的修饰过程及其作用机理

能靶向运输药物、控制药物释放并且实时监控治疗效果的药物运输系统是未来个人化医疗的发展方向。介孔SiO2纳米颗粒（MSNs）是一种很好的运输系统，但是目前使用的MSNs药物释放缓慢，不能很好控制释放速率，并且还不能监控治疗的效果，只能监控药物是否释放。

最近，新加坡国立大学的Shao Q. Yao（通讯作者）等人用能够穿透细胞膜的聚二硫醚和能够探测死亡细胞的肽（DEVD-AAN）来修饰MSNs，这种MSNs能被细胞快速吸收，并且能够受控的释放药物来抑制miR-21的功能从而杀死癌细胞。而DEVD-AAN则能够与细胞的死亡产物结合成能发出荧光的复合物，使得死亡的细胞能够被实时的探测到。

文献链接：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：无需标记物的超敏感生物传感器

图8 纳米线与适体组成的传感器

半导体纳米线由于其高的表面积和其电学性能很适合做生物传感器。DNA适体是能与特定目标（如某种蛋白质）结合的单链DNA序列。

最近，瑞士的Ioulia Tzouvadaki（通讯作者）等人用Si纳米线和DNA适体组成的生物传感器探测到了浓度为23aM（10的负17次方）的前列腺特征抗体（PSA）。当纳米线吸附DNA适体后，因为在纳米线的周围产生了一个电场，其产生最小电流的电压增加，如果DNA适体再与PSA结合，那么其产生最小电流的电压会再增加，这样就能探测到有没有PSA。这种传感器有望用来探测一系列与癌细胞有关的标记物从而发现早期的癌症。

文献链接：Label-Free Ultrasensitive Memristive Aptasensor（Nano Letters，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01648）

本文由材料人生物材料学习小组CZM供稿，材料牛编辑整理。

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