頂刊動態 | PANS/AM/JACS/Nano Letters等期刊生物材料學術進展匯總（5.11-5.19）

1、PANS：蜘蛛絲與固-液雜化材料

圖1 蜘蛛絲在液滴里面“卷”起來（左）和伸直（右）

我們知道蜘蛛絲上面有很多球形的液滴，這些液滴除了粘住獵物外還有什么用呢？

最近法國索邦大學的Hervé Elettro等人發現蜘蛛絲能在液滴里面“卷”起來（像風箏線在線輪里卷起來那樣），當拉伸的時候液滴會“吐出”蜘蛛絲，當“壓縮”的時候液滴又會“回收”蜘蛛絲，而且液滴幾乎可以容納全部的蜘蛛絲。他們發現這種現象與蜘蛛絲的彈性和毛細現象有關，并且在聚亞氨酯纖維和硅酮組成的“雜化”材料里觀察到了同樣的現象，他們還證明這里的絲和液滴可以由各種材料組成，因此它們的潛在應用很廣泛。

文獻鏈接：In-drop capillary spooling of spider capture thread inspires hybrid fibers with mixed solid–liquid mechanical properties（PNAS，2016，doi: 10.1073/pnas.1602451113）

2、Nano Letters：實時探測細胞分泌物的納米傳感器

圖2 利用SERS納米傳感器來探測細胞分泌物的原理

當一些分子吸附在某些金屬表面（如Ag、Au）時，這些分子的拉曼散射強度會有幾個數量級的提高，表面增強拉曼散射（SERS）技術就是利用這個原理來工作的。SERS對分子的吸附很敏感，甚至可以探測到單個分子的吸附，目前
SERS技術在生物傳感方面的應用還處在初始研究階段。

最近加拿大蒙特利爾大學的Félix Lussier等人用金納米粒子來修飾吸量管狀的納米硅硼酸鹽表面制備出了納米傳感器。將這種傳感器放在細胞附近并且利用動態SERS技術，他們實時探測到了幾種不同的細胞分泌物以及它們的含量（可以精確到單分子）。

文獻鏈接：Dynamic-SERS Optophysiology: A nanosensor for monitoring cell secretion events（Nano Letters，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01371）

3、ACS Nano：多功能的藥物運輸平臺

圖3 藥物在適當的刺激下釋放

介孔硅納米粒子是目前比較受歡迎的一種藥物運輸平臺，但是在運輸的途中會存在藥物泄露問題。

最近國立臺灣大學的Yu-Jui Tseng等人用介孔硅納米粒子制備了一個集MRI/CT雙模式成像、可逆藥物釋放和定向運輸功能的多功能藥物運輸平臺。平臺的制備過程如下：（1）在納米硅的孔內吸附超細氧化鐵納米粒子（MRI成像用）；（2）在硅的表面覆蓋一層介孔納米硅；（3）將糖類衍生物化學吸附在表面；（4）將硼酸修飾的Au納米粒子與糖類衍生物通過硼酸酯鍵結合（硼酸酯鍵能可逆的斷裂或生成實現藥物逆釋放藥物，Au可作為CT成像的造影劑）；（5）最后再化學吸附葉酸（能與腫瘤生成的某種物質結合從而定向吸附）。該平臺可應用在醫學診斷和治療上。

文獻鏈接：A Versatile Theranostic Delivery Platform Integrating Magnetic Resonance Imaging/Computed Tomography, pH/cis-Diol Controlled Release, and Targeted Therapy（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.5b08130）

4、Advanced Functional Materials：光控藥物釋放納米系統

圖4 光控藥物釋放納米棒的制備途徑

光控藥物運輸系統由于可控性強和精準度高而被廣泛研究，但是大部分要用到對人體有害且穿透能力差的紫外或藍光。

最近蘇州大學功能納米與軟物質（材料）實驗室的Guangbao Yang等人用介孔納米棒制備了一個光控藥物釋放平臺。當用紅光照射時，納米棒里面的光敏劑可以產生單線態氧（SO），SO可以讓堵住納米棒孔口的蛋白質離開，從而將孔內的藥物釋放出來，這種納米棒還可以運輸大分子來達到不同的治療目的。

文獻鏈接：Light-Responsive, Singlet Oxygen-Triggered On-Demand Drug Release from Photosensitizer-Doped Mesoporous Silica Nanorods for Cancer Combination Therapy（Advanced Functional Materials，2016，DOI:?10.1002/adfm.201600722）

5、Advanced Materials：雙網絡水凝膠與骨骼牢固結合

圖5 水凝膠（上層）與骨骼（下層）的界面消失

水凝膠由于含水量高是理想的軟組織代替物，但將水凝膠與軟組織結合還是很困難的。

最近日本北海道大學的Takayuki Nonoyama等人在一種雙網絡的水凝膠表面生成一層羥基磷灰石（HAp），將這種水凝膠植入兔子骨骼的缺陷上，經過4周后，在水凝膠和骨骼的接觸面上自發形成了水凝膠/骨骼雜化層，使得水凝膠和骨骼的界面變得不明顯，因此大大提高了水凝膠和骨骼的結合強度。這種現象與水凝膠的化學成分無關，只取決于水凝膠的網絡結構，因此潛在的應用范圍很廣。

文獻鏈接：Double-Network Hydrogels Strongly Bondable to Bones by Spontaneous Osteogenesis Penetration（Advanced Materials，2016，DOI:?10.1002/adma.201601030）

6、Advanced Materials：高溫退火制備高強度碳納米管紗

圖6 （a）退火裝置（b-g）退火前（上）和退火后（下）碳納米管紗的對比

加捻碳納米管紗線在人工肌肉、超級電容器和電池等方面有潛在的應用，但是如果不將紗線的兩端固定的話，它們會發生不可逆的解捻。

最近美國德克薩斯大學的Jiangtao Di等人在施加張力的條件下對加捻并盤繞成卷的碳納米管紗進行退火（2000℃），發現退火使碳納米管之間發生交聯，從而穩定了碳納米管紗線。退火后紗線的強度提高，在吸附/脫附有機氣體時紗線的一端可發生可逆的旋轉（另一端固定），因此有望作為人工肌肉材料。

文獻鏈接：Strong, Twist-Stable Carbon Nanotube Yarns and Muscles by Tension Annealing at Extreme Temperatures（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201600628）

7、ACS Nano：碳納米管的電學性質對毒性的影響

圖7 碳納米管的分離方法

碳納米管按電學性質可分為金屬型和半導體型碳納米管，一般的碳納米管是兩者的混合物，由于沒有將兩者分離的有效方法，很難了解它們對生命體的影響有什么不同。

最近美國加州大學的Xiang Wang等人用密度梯度離心法分別得到了純度大于98%的金屬型和半導體型碳納米管。實驗發現它們對肺和大腸桿菌的毒性沒有什么不同（是不是感覺被坑了）。

文獻鏈接：Toxicological Profiling of Highly Purified Metallic and Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes in the Rodent Lung and?E. Coli（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b01560）

8、ACS Nano：納米顆粒修飾的成骨細胞靶向肽用于輸送短鏈RNA/微型RNA

圖8 SDSSD-PU靶向肽作用于成骨細胞示意圖

由于成骨細胞和破骨細胞分化和功能化的不平衡，導致人體出現很多骨骼疾病。例如骨質疏松癥就是由全身性骨代謝紊亂引起的。現有的臨床治療藥物會產生很多副作用。

最近，暨南大學的Yao Sun等人篩選出一種可以同時作用于老鼠和人體成骨細胞的靶向肽（SDSSD）。他們設計并合成了SDSSD改性聚氨酯納米膠束，實驗發現SDSSD-PU納米膠束能有效輸送短鏈RNA和微型RNA到成骨細胞，調節基因的表達。這種成骨細胞靶向藥物傳遞系統無明顯毒性而且不會引起免疫反應，可用于治療骨質疏松癥和成骨細胞功能障礙引起的代謝綜合征。

文獻鏈接：Osteoblast-Targeting-Peptide Modified Nanoparticle for siRNA/microRNA Delivery（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.5b07828）

9、Advanced Materials:上轉換納米復合材料在生物體中實現深光聲/熒光/核磁共振多模式成像

圖9 制備稀土摻雜的上轉化發光材料的示意圖

光聲成像（PAI）具有較高的空間分辨率，但由于能量限制，適用的檢測區域較小。核磁共振成像（MRI）雖然在臨床上應用廣泛，但儀器繁瑣，數據采集耗時。熒光成像技術定位區域廣泛，但空間分辨率低，且由于光學散射致使精度偏低。因此找到一種準確提供全面診斷信息的方法很有必要。

最近，廈門大學的Yu Liu等人通過在NaYF4:Yb:Er@NaYF4:Yb@NaNdF4:Yb (CS1)表面鍍上NaYF4和 NaGdF4來增強材料上轉換發光強度，得到CS2。再將CS2與親水性的樹突狀分子、吲哚青綠結合，最終得到CS2–ICG。該材料可將近紅外光轉換為可見光、提高光子到超聲波的轉換效率、可以使用更短的（800nm）近紅外光照射以避免組織損傷。進一步檢測表明，CS2-ICG表現出優異的光學吸光度特性，可作為造影劑用于高靈敏度檢測、深層多模式成像及協同治療。

文獻鏈接：Deep Photoacoustic/Luminescence/Magnetic Resonance Multimodal Imaging in Living Subjects Using High-Efficiency Upconversion Nanocomposites（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201506460）

10、ACS Nano：金納米團簇摻雜64Cu制備CXCR4用于乳腺癌細胞和轉移癌細胞正電子發射斷層掃描

圖10 64CuAuNCs?AMD3100的合成及PET橫斷面成像示意圖

癌細胞的轉移是乳腺癌（BC）患者在腫瘤切除治療后面臨的又一大問題。由于轉移的癌細胞多數由異種細胞群組成，具有不同的特異性，常規病理檢查的敏感性、準確性不足，難以檢測出潛伏的轉移癌細胞。

近日，華盛頓大學的Yongfeng Zhao等人將64Cu同位素摻雜的金納米團簇與靶向配體AMD3100（能與CXCR4結合）結合制備出超小尺寸、可被肝臟清除的普樂沙福生物標記物（64CuAuNCs?AMD3100）。將64CuAuNCs?AMD3100與另外兩種對照組生物標記物注射入攜帶乳腺癌細胞的小鼠體內，使用正電子發射斷層掃描（PET）成像技術捕獲腫瘤細胞過度表達的CXCR4受體信息。結果顯示，與對照組相比64CuAuNCs?AMD3100具有更高的放射性標記比活度、超強的定位能力。可用于指導乳腺癌治療，實現準確的腫瘤檢測和早期的癌細胞轉移診斷。

文獻鏈接：Gold Nanoclusters Doped with?64Cu for CXCR4 Positron Emission Tomography Imaging of Breast Cancer and Metastasis（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b01326）

11、JACS：金納米粒子覆蓋碳納米環增強拉曼散射和光熱轉換性能

圖11 CNTR@AuNPs的制備過程

碳納米管（CNT）和石墨烯由于具有表面增強拉曼散射效應而被用來探測生物分子，為了增強拉曼散射信號，還經常用金納米粒子（AuNPs）來覆蓋它們的表面。

最近美國分子影像與納米醫學實驗室的Jibin Song等人先用一種新的方法制得碳納米管環（CNTR），然后再在CNTR的表面吸附AuNPs制備出CNTR@AuNPs。實驗發現與CNTR@AuNS 和CNT@AuNP相比CNTR@AuNPs有更強的拉曼散射和光聲信號以及更好的光熱轉換效率（CNTR@AuNS 和CNT@AuNP分別代表完全被金覆蓋的CNTR和AuNp修飾的直碳納米管）。

文獻鏈接：Gold Nanoparticle Coated Carbon Nanotube Ring with Enhanced Raman Scattering and Photothermal Conversion Property for Theranostic Applications（JACS，2016，DOI: 10.1021/jacs.5b13475）