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中國科大沈佐君教授、吳東教授課題組 ACS AMI：超快激光誘導(dǎo)的仿生水凝膠多孔門控系統(tǒng)用于藥物緩釋
2022-08-30  來源：高分子科技

  在過去的十年中，人們通過制造多孔框架和開發(fā)刺激響應(yīng)閥門材料，已經(jīng)設(shè)計(jì)了多種多樣的基于光照射、磁場(chǎng)、溫度或機(jī)械應(yīng)變等外部刺激而響應(yīng)的智能門控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體、蒸汽和顆粒物的動(dòng)態(tài)控制，從而在能量收集、水處理、軟機(jī)器人等領(lǐng)域進(jìn)行廣泛的探索。


  中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫(yī)院沈佐君教授團(tuán)隊(duì)與工程科學(xué)學(xué)院微納米工程實(shí)驗(yàn)室吳東教授團(tuán)隊(duì)通過飛秒激光微鉆孔和原位紫外線聚合方法制造了一種以 pH 響應(yīng)水凝膠作為閥門的仿生智能多孔門控膜（HPGS）（圖1）。負(fù)載抗癌藥物DOX的HPGS在生理?xiàng)l件下穩(wěn)定且藥物泄漏率低，可在低pH環(huán)境下實(shí)現(xiàn)藥物緩釋。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)這種藥物釋放主要受非Fickian擴(kuò)散控制，使分子轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)態(tài)速度控制成為可能（圖2）。 


圖 1.  葉片氣孔系統(tǒng)示意圖（左），它可以通過兩個(gè)保衛(wèi)細(xì)胞吸收或釋放來控制蒸汽輸送；谌芤 pH 值調(diào)控仿生智能多孔門控膜（右），在酸性溶液中打開閥門，在堿性溶液關(guān)閉閥門。


圖 2.  (a) 用于藥物分子轉(zhuǎn)運(yùn)的膜的門控性能示意圖。(b) 門控膜在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行 Dox 擴(kuò)散測(cè)試的雙電池照片，pH < 7 時(shí)為“ON”狀態(tài)，pH < 7 時(shí)為“OFF”狀態(tài)。(c, d) 不同孔徑比 (d2/d1) 下 48 h 內(nèi)在pH＞7和pH＜7的溶液中累積 Dox 釋放曲線。(e) Dox 釋放的機(jī)制曲線。(f, g) 不同孔徑比 (d2/d1) 下 48 h 內(nèi)在pH＞7和pH＜7的溶液中累積葡萄糖的釋放曲線。(h) 葡萄糖釋放的機(jī)制曲線。


  此外，HPGS還可以制作成抗腫瘤微膠囊。負(fù)載了抗癌藥物Dox的微膠囊在腫瘤細(xì)胞周圍的酸性環(huán)境中就可以釋放藥物并達(dá)到極好的殺死腫瘤細(xì)胞效果（圖3）。這種功能性 HPGS 被認(rèn)為是理想的藥物載體，可以用于持續(xù)釋放藥物治療消化系統(tǒng)疾病，如炎癥性腸病或胃腸癌。 


圖 3.  (a) 示意圖顯示了設(shè)計(jì)用于在癌細(xì)胞附近釋放抗癌藥物的 pH 響應(yīng)多孔門控膠囊。(b) 微膠囊在不同時(shí)間點(diǎn)的 Dox 擴(kuò)散測(cè)試照片。(c) 不同 pH 溶液中微膠囊中 Dox 的時(shí)間-釋放曲線。插圖顯示了基于K-P釋放模型的擬合直線。 (d, e)隨時(shí)間推移的按需給藥的曲線和圖像。


  該工作以“Ultrafast Laser-Ablated Bioinspired Hydrogel-Based Porous Gating System for Sustained Drug Release”為題發(fā)表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫(yī)院教授、博士生導(dǎo)師沈佐君和工程科學(xué)學(xué)院微納米工程實(shí)驗(yàn)室博士后劉炳瑞是本文通訊作者，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)第一附屬醫(yī)院博士研究生張娟是第一作者。


  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c07319

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