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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)計了多種多樣的基于光照射、磁場、溫度或機械應(yīng)變等外部刺激而響應(yīng)的智能門控系統(tǒng)，實現(xiàn)對流體、蒸汽和顆粒物的動態(tài)控制，從而在能量收集、水處理、軟機器人等領(lǐng)域進行廣泛的探索。


  中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫(yī)院沈佐君教授團隊與工程科學(xué)學(xué)院微納米工程實驗室吳東教授團隊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）。負載抗癌藥物DOX的HPGS在生理條件下穩(wěn)定且藥物泄漏率低，可在低pH環(huán)境下實現(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擴散控制，使分子轉(zhuǎn)運的動態(tài)速度控制成為可能（圖2）。 


圖 1.  葉片氣孔系統(tǒng)示意圖（左），它可以通過兩個保衛(wèi)細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)運的膜的門控性能示意圖。(b) 門控膜在不同時間點進行 Dox 擴散測試的雙電池照片，pH < 7 時為“ON”狀態(tài)，pH < 7 時為“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) 葡萄糖釋放的機制曲線。


  此外，HPGS還可以制作成抗腫瘤微膠囊。負載了抗癌藥物Dox的微膠囊在腫瘤細胞周圍的酸性環(huán)境中就可以釋放藥物并達到極好的殺死腫瘤細胞效果（圖3）。這種功能性 HPGS 被認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)計用于在癌細胞附近釋放抗癌藥物的 pH 響應(yīng)多孔門控膠囊。(b) 微膠囊在不同時間點的 Dox 擴散測試照片。(c) 不同 pH 溶液中微膠囊中 Dox 的時間-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)院微納米工程實驗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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