材料表面性质调控细胞黏附

生物医用材料旨在通过调控材料和细胞之间的相互作用来实现组织的再生和修复。黏附过程直接决定了细胞是否能够充分发挥生物学性能,因此通过对材料表面的物理和化学改性来调控细胞黏附,对于生物材料具有至关重要的意义,也是非常活跃的研究热点。材料表面物理改性通常通过对包括表面粗糙度、形貌、模量和多孔结构等物理性质的调控,为细胞构建适合黏附的材料表面。而化学改性则借助于表面电荷及亲疏水性调控、促黏分子修饰等化学手段来提高材料表面与细胞间的相互作用力,进而促进细胞黏附。近年来,材料表面调控细胞黏附的研究取得了许多新的突破性进展。例如在传统的促黏分子表面修饰之外,人们逐步发现对促黏分子序构的精准调控也可以有效地提高材料表面的促黏性能。而刺激响应性表面则可以根据外界信号的刺激,使得材料表面在促黏和抗黏之间实现智能的转换。本文从物理改性、化学修饰、刺激响应性表面构建等角度出发,全面总结和讨论了材料表面性质对细胞黏附的调控作用,梳理了材料表面的设计思路,多种材料表面的修饰改性方法等最新进展,并展望了未来材料表面对细胞黏附的调控思路。     

人工细胞刺激响应行为的研究进展

人工细胞是具有类细胞特征的人造生命体系,可以用于模拟真实细胞的功能和结构,有助于深入理解生命体内细胞的运行机制.细胞能够通过感知外部环境的信号刺激而产生相应的响应性行为,进而进行与生命活动密切相关的各种反应.通过研究人工细胞的刺激响应行为实现对模拟细胞功能的调控,对探索和开发真实细胞中的反应具有重要的理论意义,并在生物传感、疾病诊断、药物递送等方面具有重要的潜在应用价值,是目前的研究热点之一.本文总结了近年来人工细胞刺激响应行为的研究进展.主要包括刺激响应性人工细胞的构建以及刺激响应行为在调节酶促反应、物质运输、人工细胞间通信以及人工细胞粘附等功能方面的研究,并对其发展方向进行了展望.     

利用光响应钌配合物的动态配位键调控表面功能

综合评述了光响应钌配合物的动态配位键在调控表面功能中的应用,介绍了以可见光或近红外光为光源的光响应钌配合物在表面图案化、控制蛋白质表面吸附及调控表面浸润性三方面的应用,讨论了光响应钌配合物的动态配位键在动态表面构筑中的独特优势,对其未来应用进行了展望.     

双烃链表面活性剂的聚集行为及其应用

介绍了双烃链表面活性剂的基本性质、分类及其在纳米材料和生命科学等领域的某些应用, 并以二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠(AOT)和二(2-乙基己基)磷酸钠(NaDEHP)为例, 介绍了二者的相行为, 反胶束的形成、性质等的差异, 并结合自己的工作探讨了二者与大分子的相互作用.     

液晶聚合物的表面形貌光调控研究进展

光响应液晶聚合物具有良好的自组装特性与光调控性能,被广泛地应用于表面微纳结构的研究中。通过改变液晶分子的取向方式和有序参数,可以得到复杂多样的表面形貌,这在光学、生物学和机械控制等领域有较高的研究价值与应用前景。表面形貌调控的关键在于对其机理的深刻理解与把握:从液晶分子指向矢的角度来说,当液晶分子的有序参数减小时,会沿指向矢方向收缩,垂直指向矢方向膨胀,利用相邻域之间分子取向差异产生的侧向剪应力,可以构建具有表面起伏的微纳结构;从液晶聚合物产生自由体积的角度来说,紫外光照射时产生的自由体积会使薄膜密度下降,在偶氮苯可逆的反-顺-反异构化的动态过程中,会形成宏观表面起伏;从光诱导聚合物质量迁移的角度来说,光场的光强分布、偏振态以及光束的波前均会对材料的定向质量迁移产生影响;从光照使薄膜表面稳定性改变的角度来说,可以利用光聚合时薄膜的各向异性收缩产生褶皱,也可以通过应力释放对薄膜的表面褶皱形貌进行调控。因此,基于光诱导产生表面形貌变化的4种不同机理,对光控表面形貌的相关研究进展进行了回顾和总结,并展望了未来可能的发展方向,为后续进一步研究液晶聚合物的表面形貌调控及其功能化提供了参考。     

寡聚表面活性剂的合成及其聚集行为的研究

寡聚表面活性剂是由2个或2个以上单头单链的表面活性剂在头基处或靠近头基处由连接基团通过化学键连接而成的二聚、三聚、四聚乃至更高寡聚度的分子.Gemini表面活性剂(二聚表面活性剂)是最简单,也是最早被发现的寡聚表面活性剂,已经被大量报道.已有综述很好地总结了Gemini表面活性剂的物理化学性质.本文主要综述三聚及三聚以上寡聚表面活性剂的研究进展,包括寡聚表面活性剂的合成和结构、表/界面性质以及溶液中的聚集行为等,以期使研究者比较全面地认识寡聚表面活性剂领域的研究进展.     

细胞功能分子的表面增强拉曼成像及其应用研究进展

表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)具有高灵敏、高通量的特性.基于SERS的拉曼成像技术是一种无损的生物成像技术,已被广泛应用于细胞表面与细胞内生物分子的检测和成像,如对聚糖、microRNA、蛋白质等分子的定量、结构分析与功能追踪等.这一技术也已用于细菌的快速检测、细胞或细菌间的信号通讯研究、细胞p H检测,并可通过活体肿瘤组织的边缘描绘指导手术切除. SERS成像可以规避生命体系中强的分子自荧光以及荧光成像中的光漂白现象,并可以利用不同拉曼信标的指纹光谱实现高灵敏、高通量的生物成像.通过与其他成像技术(如核磁共振成像、光声成像)的结合, SERS成像有望用于更复杂生命体系中生物分子的研究.本文综述了近年来细胞功能分子的表面增强拉曼成像及其应用方面的研究进展.     

靛红类双功能抑制剂: 调控SARS-3CL蛋白酶聚集状态与活性

1-(2-萘甲基)靛红-5-甲酰胺类化合物通过与底物口袋结合来抑制SARS-3CL 蛋白酶的活性, 而SARS-3CL蛋白酶自身的N端8 肽是作用于蛋白二聚界面的抑制剂. 本文设计同时占据SARS-3CL蛋白酶底物口袋和二聚界面的双功能抑制剂, 通过固相多肽合成方法制备由1-(2-萘甲基)靛红-5-甲酸和N端8肽组成的化合物, 得到不同长度连接链的6 个目标产物. 用显色底物方法测定化合物对SARS-3CL蛋白酶的抑制活性,其中化合物3的活性最高, IC₅₀值(半抑制率)为3.8 μmol·L^-1, 连接偶数甘氨酸的活性明显要好于连接奇数甘氨酸的化合物. 用超速离心沉降速率方法研究了化合物3对SARS-3CL蛋白酶聚集状态与活性的调控作用, 其同时具有诱导与抑制二聚的双重能力, 综合调控结果是抑制SARS-3CL蛋白酶的二聚. 这项研究给应用合成的化合物研究酶活性调节机制提供了一个示例.     

用于治疗白内障的人工晶体材料及表面修饰研究进展

从材料角度对人工晶体材料及其表面修饰以及材料的发展做了详细介绍.通过表面改性提高了材料的生物相容性,降低术后并发症.人工晶体材料的发展,使得人工晶体植入手术切口更小,倾向于生理调节.     

分子钳人工受体研究进展

分子识别是生物体系的基本特征, 并在生命活动中起中心作用. 利用合成的人工受体与适当底物间的分子识别以建立化学模型或化学仿生体系对生命过程中的分子识别现象进行模拟研究是生物有机化学和超分子化学前沿富于挑战的课题之一. 按照不同的隔离基, 综述了分子钳人工受体的研究进展.     

Emerging Applications of Nanotechnology for Controlling Cell‐Surface Receptor Clustering

The spatial organization of cell‐surface receptors plays an important role in defining cell fate. Recently, the development of strategies for the direct regulation of receptor clustering using nanomaterials has aroused enormous interest. In this review, we discuss the mechanisms and features of recently developed nanomaterial‐based strategies to control the nanoscale distribution of cell binding ligands and regulate cell behavior. We expect this review to inspire innovative work on manipulating cell functions by controlling the clustering of cell surface receptors.     

细胞膜上信号转导蛋白的单分子成像与分析

结合本课题组的研究工作,介绍了单分子荧光成像原理、荧光标记方法及数据分析方法,并进一步综述了单分子荧光成像在几种重要的膜蛋白信号转导分子机制和相关药物研究中的进展.     

Recent Progress and Perspectives on Cell Surface Modification

The cell membrane is a biological interface consisting of phospholipid bilayer, saccharides and proteins that maintains a stable metabolic intracellular environment as well as regulating and controlling the exchange of substances inside and outside the cell. Cell membranes provide a highly complex biological surface carrying a variety of essential surfaces ligands and receptors for cells to receive various stimuli of external signals, thereby inducing corresponding cell responses regulating the life activities of the cell. These surface receptors can be manipulated via cell surface modification to regulate cellular functions and behaviors Thus, cell surface modification has attracted considerable attention due to its significance in cell fate control, cell engineering and cell therapy. In this minireview, we describe the recent developments and advances of cell surface modification, and summarize the main modification methods with corresponding functions and applications. Finally, the prospect for the future development of the modification of the living cell membrane is discussed.     

Structural Optimization of Photoswitch Ligands for Surface Attachment of α‐Chymotrypsin and Regulation of Its Surface Binding

A modified gold surface that allows photoregulated binding of α‐chymotrypsin has previously been reported. Here the development of this surface is reported, through the synthesis of a series of trifluoromethyl ketones and α‐keto esters containing the azobenzene group and a surface attachment group as photoswitch inhibitors of α‐chymotrypsin. All of the compounds are inhibitors of the enzyme, with activity that can be modulated by photoisomerization. The best photoswitch shows a reversible change in IC₅₀ inhibition constant of >5.3 times on photoisomerization. The trifluoromethyl ketone 1 exhibited excellent photoswitching and was attached to a gold surface in a two‐step procedure involving an azide–alkyne cycloaddition. The resulting modified surface bound α‐chymotrypsin to a degree that could be modulated by UV/Vis irradiation, showing “slow‐tight” enzyme binding as observed for inhibitors in solution.     

偶极Janus粒子的相态结构调控及应用

基于热力学微扰理论研究了偶极Janus粒子的聚集态结构及相态特征,考察了粒子间的缔合作用、偶极作用及外电场对体系相态结构的调控机制.结果表明,在偶极Janus粒子的聚集过程中,粒子间的链型结构与支化结构之间存在竞争,致使其平衡相行为显著有别于常规流体的相行为.作为应用,计算了偶极Janus粒子体系的介电常数,得到其类气相及类液相的介电常数与缔合作用、偶极作用及外电场的依赖关系.     

An Acoustically Driven Microliter Flow Chamber on a Chip (μFCC) for Cell–Cell and Cell–Surface Interaction Studies

A novel method for pumping very small volumes of liquid by using surface acoustic waves is employed to create a microfluidic flow chamber on a chip. It holds a volume of only a few μl and its planar design provides complete architectural freedom. This allows for the reconstruction of even complex flow scenarios (e.g. curvatures, bifurcations and stenosis). Addition of polymer walls to the planar fluidic track enables cell culturing on the chip surface and the investigation of cell–cell adhesion dynamics under flow. We demonstrate the flexibility of the system for application in many areas of microfluidic investigations including blood clotting phenomena under various flow conditions and the investigation of different stages of cell adhesion.     

聚合物材料表面纳米条纹对生物细胞生长的影响

20世纪 80年代后期 ,工程学科与生命学科的交叉融合产生了组织工程学 [1,2 ] ,细胞与生物材料之间的相互作用是组织工程学的一个主要领域 .细胞必须与材料发生适当的粘附 ,才能进行迁移、分化和增殖 ,细胞与材料粘附及随后的扩散能力的大小主要由材料表面的物理和化学性质所决定 [3,4 ] .目前 ,材料表面改性以提高细胞粘附力是组织工程学的一大难题 .聚苯乙烯 (PS)以其无毒、高透明度、低成本以及易加工等性能 ,被广泛应用于基础医学研究及临床医学实验 [5,6 ] .未改性 PS的生物相容性较差 ,只有表面改性后才能用于细胞培养 .目前文献报道…     

Synthetic Chemistry and Function of Bacterial Cell Surface Glycoconjugates

Typical bacterial glycoconjugates are known to stimulate immunological systems of higher animals and thereby play important roles in the primary defense of animals against bacterial infection. Lipopolysaccharide (LPS) of gram‐negative bacteria is a representative of such glycoconjugates. LPS was first discovered as a potent bacterial toxin and named endotoxin but was soon found to exhibit immunostimulating activity. By the use of our synthetic pure preparations, the lipophilic partial structure of LPS, designated lipid A, proved to be the active entity responsible for both endotoxic and immunostimulating activities of LPS. This paper deals with our recent chemical synthesis and functional study of lipid A and related compounds. Synthesis is described of its various structural analogues, radio‐labeled compound and Re‐type LPS that contains two additional sugar moieties linked to lipid A.