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天津大學(xué)楊建海/劉文廣《AM》:超柔軟自融合超分子聚合物水凝膠,有效防止術(shù)后組織粘連


發(fā)布時(shí)間:2021-03-20 11:47:07     人氣:1870

分子間的氫鍵密度嚴(yán)重影響氫鍵合的超分子聚合物水凝膠的凝膠化和流變行為,因此提供了一條微妙的途徑來(lái)調(diào)整其理化性質(zhì),以滿足特定的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。最近,天津大學(xué)楊建海/劉文廣教授團(tuán)隊(duì)引入了N-丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)側(cè)鏈中兩個(gè)酰胺之間的一個(gè)亞甲基間隔基,以生成變體單體N-丙烯酰基丙氨酰胺(NAAA)。


NAAA在水溶液中的聚合提供了前所未有的超軟和高度溶脹的超分子聚合物水凝膠,這是由于額外的亞甲基間隔基導(dǎo)致的H鍵弱化所致
,這一點(diǎn)已通過(guò)變溫傅里葉變換紅外(FTIR)光譜和模擬計(jì)算得到了驗(yàn)證。有趣的是,可以調(diào)節(jié)聚(N-丙烯酰基丙氨酰胺)(PNAAA)水凝膠以形成具有自融合和出色的防污能力的瞬態(tài)網(wǎng)絡(luò),這是由于弱的雙酰胺H鍵相互作用和增強(qiáng)的水酰胺H鍵相互作用導(dǎo)致的。這種自融合的PNAAA水凝膠可以完全抑制體內(nèi)粘連后的術(shù)后腹部粘連和復(fù)發(fā)性粘連。這種短暫的水凝膠網(wǎng)絡(luò)可使其分解并從體內(nèi)排泄。分子機(jī)理研究揭示了PNAAA水凝膠抑制炎癥反應(yīng)和調(diào)節(jié)纖溶系統(tǒng)平衡的信號(hào)途徑。這種自融合,防污的超軟超分子水凝膠有望作為一種屏障生物材料來(lái)完全防止術(shù)后組織粘連。相關(guān)論文以題為An Ultrasoft Self‐Fused Supramolecular Polymer Hydrogel for Completely Preventing Postoperative Tissue Adhesion為題發(fā)表在《AM》上。基于PNAGA水凝膠對(duì)分子結(jié)構(gòu)的微妙敏感性,在這項(xiàng)工作中,作者設(shè)計(jì)并合成了一種新型的N-丙烯酰基丙氨酰胺(NAAA)單體,該化合物通過(guò)使丙氨酰胺與 丙烯酰氯(方案1a)。通過(guò)NAAA水溶液的自由基聚合反應(yīng)制得的聚(N-丙烯酰基丙氨酸酰胺)(PNAAA)水凝膠將出現(xiàn)新的令人興奮的功能。作者假設(shè)弱化的互聚物氫鍵將導(dǎo)致具有自融合能力的超軟PNAAA超分子水凝膠的形成,而增加的水聚合物氫鍵可提供出色的防止蛋白質(zhì)吸收和成纖維細(xì)胞粘附的能力,這將是有益的 用于術(shù)后防粘連(方案1b)。




圖1 a,b)具有H鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的超分子PNAAA水凝膠的示意圖(a),以及經(jīng)過(guò)或未經(jīng)過(guò)PNAAA水凝膠處理的大鼠盲腸腹壁粘連模型的示意圖(b)。


圖2 a)N-丙烯酰基丙氨酰胺(NAAA)和N-丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。b)在生理鹽水中浸泡3天后,PNAAA-25水凝膠和PNAGA-25水凝膠的照片。c)具有不同單體含量的PNAAA水凝膠和PNAGA水凝膠的溶脹率。d,e)PNGA-25水凝膠(d)和PNAAA-25水凝膠(e)的變溫FTIR光譜; 虛線是羰基在150°C時(shí)的曲線擬合。f)無(wú)序氫鍵羰基和游離羰基的總量與有序氫鍵羰基的數(shù)量之比;AF:游離羰基擬合曲線的積分面積;AD:無(wú)序氫鍵羰基擬合曲線的積分面積;AO:有序氫鍵羰基擬合曲線的積分面積。g,h)混合有6H2O的雙NAGA二聚體(NAGA-22)(g)和雙NAAA二聚體(NAAA-22)(h)的構(gòu)象。


圖3 PNAAA水凝膠的流變學(xué)特性。a)掃頻曲線(0.1–100 Hz,應(yīng)變?yōu)?%,37°C)。b)時(shí)間掃描曲線(0–3分鐘,1 Hz,應(yīng)變?yōu)?%,37°C)。c)階躍應(yīng)變曲線,低應(yīng)變?yōu)?.5%,高應(yīng)變?yōu)?00%(1 Hz,37°C)。d)剪切速率掃描曲線在0.01–1000 s-1的范圍內(nèi)。e)自融合PNAAA水凝膠的時(shí)掠曲線(0-3分鐘,1 Hz,應(yīng)變1%,37°C。f)在低應(yīng)變0.5%時(shí)自融合PNAAA水凝膠的階躍應(yīng)變掃描 最高500%(1 Hz,37°C)。


圖4 自融合PNAAA水凝膠的防污能力和細(xì)胞活力。a)BSA在自融合PNAAA水凝膠和PNAGA-25水凝膠上的吸附。b)纖維蛋白在自融合PNAAA水凝膠和PNAGA-25水凝膠上的吸附。c)18小時(shí)后,L929細(xì)胞在自融合PNAAA水凝膠和PNAGA-25水凝膠上的細(xì)胞附著。放大倍率:200×;比例尺:100 μm。d)自融合的PNAAA水凝膠的細(xì)胞毒性。圖5 自融合PNAAA水凝膠的術(shù)后抗粘連能力。a)模型,PNAAA水凝膠和HA水凝膠組在術(shù)后第14天和粘連后第7天的腹部粘連的代表性照片。b)在治療后第14天和粘著溶解后第7天治療后不同組的粘附力評(píng)分。“ r”表示“經(jīng)常出現(xiàn)”。c,d)術(shù)后第14天和粘連后第7天,對(duì)正常組,模型組,PNAAA水凝膠和HA水凝膠組的標(biāo)本進(jìn)行病理分析。CE:盲腸;AW:腹壁。圖6 自融合PNAAA水凝膠對(duì)核因子κB(NF-κB)信號(hào)通路的影響。a,b)術(shù)后第14天和粘連后第7天,受傷組織中TNF-α的相對(duì)mRNA表達(dá)和血清中TNF-α的濃度;c,d)在術(shù)后第14天和粘著溶解后第7天,p65蛋白在受傷組織中的表達(dá)論文鏈接:doi.org/10.1002/adma.202008395

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