水凝胶光操控体系及其生物应用
2021-10-13 14:56:57
水凝胶具有优良的保水能力和生物适配的力学强度，在生物材料领域应用广泛，可作为药物载体、生物支架、细胞外基质替代物等。然而，传统的水凝胶大多仅具有静态的属性，无法满足生命过程中不同的水凝胶属性要求，光操控以其高时空分辨率而成为一种理想的水凝胶制备和属性调节工具。近期，我院李花琼课题组与郑立飞课题组合作从机理、制备和生物应用角度系统性总结了生物领域中的水凝胶光操控体系（图1），并以题为Light Manipulation for Fabrication of Hydrogels and Their Biological Applications在中科院1区期刊Acta Biomaterialia（IF= 8.947）发表综述文章，论文链接为https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1742706121006619。
图1. 水凝胶光操控体系示意图
光操控由于具备波长、强度、照射位置和照射时间可以精确调节的特点而具有高时空分辨率，相对于热、电、磁以及化学响应具有明显优势，成为水凝胶制备和属性调节的热门手段。该综述从水凝胶光照成胶和光响应性水凝胶两大方面进行了总结。前一部分详细介绍了可光照成胶的生物材料、光照成胶的反应机理及该领域的发展方向。具有光交联能力的合成有机分子、修饰的天然分子以及前两者的混合物是广泛应用的可光照成胶材料，自由基聚合和Thiol-ene点击化学反应是光照成胶最为常见的化学反应机理，优化光引发剂和开发其他形式的光照成胶机理是潜在的发展方向，这些内容在该部分得到详细讨论。随后，该综述从光响应机理和生物应用两方面介绍了光响应性水凝胶的发展动向。光照引起的化学修饰（化学键的连接和断裂）、光致分子异构和光热效应作为普遍应用的光响应机理得到充分阐述，随后光响应水凝胶在货物运输、细胞外基质调节、光响应性生物界面和光驱动人工肌肉方面的生物应用也给出了许多实例。
最后，该综述总结前文内容，并提出了一些该领域亟待解决的问题和可能的解决方法。比如，光操控体系的波长对生物体系的影响可能通过开发长波长光响应分子得到解决，光照成胶中自由基的潜在危害可通过引入活性自由基聚合反应将其降低或消除，生物体系复杂的响应要求可能通过引入正交化的多个波长的光操控体系得以满足。该综述将为更多水凝胶光操控工具的开发提供借鉴材料，并推动该领域走向临床应用。
该工作得到了国科温州研究院科研项目（WIUCASQD2019002, WIUCASQD2020015, WIBEK181005）和浙江省自然科学基金项目（Y20C070010）等项目的支持。
图1. 水凝胶光操控体系示意图
最后，该综述总结前文内容，并提出了一些该领域亟待解决的问题和可能的解决方法。比如，光操控体系的波长对生物体系的影响可能通过开发长波长光响应分子得到解决，光照成胶中自由基的潜在危害可通过引入活性自由基聚合反应将其降低或消除，生物体系复杂的响应要求可能通过引入正交化的多个波长的光操控体系得以满足。该综述将为更多水凝胶光操控工具的开发提供借鉴材料，并推动该领域走向临床应用。
该工作得到了国科温州研究院科研项目（WIUCASQD2019002, WIUCASQD2020015, WIBEK181005）和浙江省自然科学基金项目（Y20C070010）等项目的支持。
