由于化石資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)和人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，利用可再生的生物基材料替代傳統(tǒng)的石油基材料已引起人們的高度重視。纖維素作為世界上儲(chǔ)量最豐富的天然高分子化合物，具有可再生、環(huán)境友好、生物相容和可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，在紙基材料、食品藥品、紡織化工、光電器件開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著納米技術(shù)在木質(zhì)纖維精煉領(lǐng)域的迅速發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)利用植物纖維素制備得到的納米纖維素（CNF）材料，除了具有纖維素本身的性質(zhì)外，還具有納米級(jí)尺度、高長(zhǎng)徑比、高比表面積、低熱膨脹系數(shù)、優(yōu)越的機(jī)械性能和光學(xué)性能等諸多優(yōu)異特性。其中，CNF水凝膠因其較好的生物相容性、生物可降解性，以及良好的力學(xué)穩(wěn)定性而成為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域（例如，藥物緩釋、傷口敷料、組織工程支架等）的重要材料。
開(kāi)發(fā)具有多重響應(yīng)性、抗菌性和生物相容性等多功能智能水凝膠是生物材料領(lǐng)域，尤其是纖維素基載藥系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。雖然CNF基水凝膠在藥物緩釋中的應(yīng)用很有前景，但其藥物釋放初期的突釋問(wèn)題仍有待解決，而且針對(duì)特定藥物的緩釋時(shí)間也有待進(jìn)一步提高。
近日，青島能源所崔球研究員帶領(lǐng)的代謝物組學(xué)研究組和天津科技大學(xué)的相關(guān)科研人員合作，以水溶性廣譜抗生素——鹽酸四環(huán)素為模型藥物，基于前期對(duì)CNF和聚多巴胺（PDA）復(fù)合材料對(duì)改善藥物緩釋和促進(jìn)傷口修復(fù)的研究（ZL201710612434.0；Carbohydrate Polymers, 2018, 188, 27-36；ChemistrySelect, 2018, 3, 6852-6858），構(gòu)筑了一種新型的CNF基載藥包封結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物的智能可控釋放。研究人員首先制備了多孔聚多巴胺納米顆粒（MPDA），將其對(duì)藥物進(jìn)行負(fù)載，然后用氧化石墨烯（GO）對(duì)其進(jìn)行包裹，再將GO包裹的MPDA封裝于由物理交聯(lián)作用形成的CNF水凝膠中，制得MPDA@GO/CNF復(fù)合水凝膠材料。在該封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中（如圖1所示），GO用于包裹MPDA，既可起到降低藥物突釋、延長(zhǎng)藥物緩釋和增強(qiáng)復(fù)合水凝膠的作用，又可協(xié)同MPDA賦予復(fù)合水凝膠近紅外光響應(yīng)性。此外，CNF提供的3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為第二層的封裝，既有利于進(jìn)一步降低藥物突釋和延長(zhǎng)藥物緩釋，也可起到屏蔽GO本身毒性的作用，使最終的復(fù)合水凝膠具有非常好的細(xì)胞相容性。
圖1. MPDA@GO/CNF復(fù)合水凝膠包封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其可控藥物緩釋應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該復(fù)合水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度是純CNF水凝膠的5倍，其藥物緩釋時(shí)間分別是PDA/CNF復(fù)合水凝膠和純CNF水凝膠的3倍和7.2倍，且其藥物的可控釋放行為可通過(guò)改變MPDA和GO的比例來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，該復(fù)合水凝膠材料具有敏感的近紅外光響應(yīng)和pH響應(yīng)的可控釋放特性，其藥物緩釋初始階段的突釋性也明顯優(yōu)于其它同類材料。因此，這種新型的CNF基載藥包封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，將有利于新型智能載藥材料的開(kāi)發(fā)，并有望替代傳統(tǒng)的石油基材料載藥系統(tǒng)，用于化學(xué)和物理治療等。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（2020, DOI: 10.1021/acsami.0c15465）期刊上，通訊作者是劉瑩瑩博士和李濱副研究員。
相關(guān)系列研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和山東省自然科學(xué)杰出青年基金的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.0c15465
Yingying Liu*, Qing Fan, Ying Huo, Chao Liu, Bin Li*, and Youming Li. Construction of a Mesoporous Polydopamine@GO/Cellulose Nanofibril Composite Hydrogel with an Encapsulation Structure for Controllable Drug Release and Toxicity Shielding. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, DOI: 10.1021/acsami.0c15465.
