Rjmpnp納米生物材料合成、組裝及在生物醫(yī)學領域應用.doc

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1、生命是永恒不斷的創(chuàng)造,因為在它內部蘊含著過剩的精力,它不斷流溢,越出時間和空間的界限,它不停地追求,以形形色色的自我表現的形式表現出來。--泰戈爾項目名稱:納米生物材料的合成、組裝及在生物醫(yī)學領域的應用首席科學家:李峻柏國家納米科學中心起止年限:2009.1至2013.8依托部門:中國科學院21一、研究內容擬解決的關鍵科學問題本項目研究的主要關鍵科學問題是:通過模擬生物膜的結構與功能,利用分子組裝技術制備具有納米孔隙的生物材料,研究它們在生物體中的兼容性,作為藥物支架如何擔載和釋放藥物及在體外的穩(wěn)定性,確定其作用機理和影響因素;探索組

2、裝的生物材料在生物體中的狀態(tài)與排除功能,建立合成體系與生物體之間的聯系與作用機制,研究其代謝過程,具體地:1.通過模擬生物膜(生物相容的磷脂/蛋白質復合雙層囊泡)研究和揭示細胞膜和其它生物膜的精細結構、生物功能及其相互關系;2.分子組裝,納米模板合成和氣/液界面相分離等組裝單元的結構特征、組裝過程、驅動力、影響因素和調控技術;3.處于這些組裝體中的生物活性物質的狀態(tài)和功能評價,它們與組裝體之間的相互作用和影響,尋求保持其生物活性的措施;4.這些具有生物功能的組裝體進入人體后的有益效果、作用機制、代謝過程和可能危害??紤]到各課題研究的具

3、體對象、問題和目標不同,除上述共同的關鍵科學問題外,還各有其特殊的科學和技術問題要解決:1.納米孔隙的藥物載體:構造生物兼容、生物降解的多功能化膠囊,包裹不同類型藥物的最佳方法及藥物的緩釋;生物界面化膠囊及包裹藥物膠囊的靶向釋放,不同的類型中空膠囊作為藥物和基因載體;智能化微膠囊的構造以及可控性研究;負載藥物微膠囊的體外細胞試驗及動物試驗;多功能微膠囊用于藥物載體的包裹和釋放機理研究。2.紅血球替代物?聚合物/血紅蛋白納米膠束(膠囊):21官能化乳酸共聚物的設計與合成,保證在水環(huán)境中實現自組裝形成納米膠束或膠囊;引入含有易與血紅蛋白反

4、應的官能團,保證反應不影響血紅蛋白中的血紅素活性中心;反應基團有足夠數量,保證組裝體中有足夠的血紅蛋白濃度;構筑聚合物/血紅蛋白納米膠束或膠囊的尺寸滿足實際要求;在化學鍵合和膠束化、膠囊化的過程中血紅蛋白不變性,血紅素結構和功能不受干擾。1.規(guī)則納米多孔薄膜及其生物功能:發(fā)展多層次多尺寸的“規(guī)則納米多孔薄膜”的可控制備方法;制備可用于病菌群強力繁殖、富集(、分離和探測高靈敏度傳感器)的有序孔隙或中空結構功能材料;闡明此類材料與細菌群的生物作用原理。2.生物模板法合成新型納米生物醫(yī)用材料:以特定的客體基質(納米尺度生物相容無機介質和有機

5、物質)在納米以至更精確的層次上忠實地復制從生物材料到生物組織和細胞等的生物物質的結構和形貌;并以此為基礎設計和開發(fā)穩(wěn)定低毒副作用的具有高度選擇性的藥物運載、傳輸和釋放系統(tǒng)。主要研究內容為了解決上述科學和技術問題,本項目的主要研究內容包括:1.運用分子組裝、生物模板合成與氣/液界面分離等技術,構筑納米尺度的膠束、膠囊、中空管和多孔薄膜等復合生物材料;2.研究這些納米生物材料的體外穩(wěn)定性,生物毒性和體內可降解性;3.光敏性藥物的篩選及以這些組裝體為載體的生物功能,探索它們在生物體中的行為與功能,特別研制開發(fā)新型表淺治療的新制劑和紅血球等替

6、代材料。具體研究內容是:1. 納米孔隙的藥物載體:1.1智能仿生膠囊的制備與調控21本研究將在已有研究工作基礎上,利用各種不同的分子間弱相互作用如靜電、氫鍵、配位鍵、疏水作用、范德華力等,以納米到微米尺寸范圍的粒子作為模板,制備不同尺寸范圍可生物降解的微膠囊。通過控制組裝的層數和改變組裝條件,如pH、溫度、離子強度等對囊壁的結構、形貌、滲透率、力學強度等重要參數進行精確控制,實現對膠囊滲透性的調控。利用自沉積技術和環(huán)境調控開關特性將藥物選擇、高效的包埋到膠囊中,研究其包埋的效率和機理。通過組裝單元的選擇,發(fā)展對外部條件(如光、電、磁、

7、溫度等)敏感和響應的智能膠囊。對膠囊的生物界面進行化修飾和某些活性蛋白的包裹,研究膠囊的靶向和可控釋放,闡明藥物的釋放動力學與釋放機理。1.2納米孔隙的藥物載體在光動力學療法中的應用利用組裝的中空膠囊可控的空隙結構以及智能化的特點,包埋疏水性光動力學療法(PDT)藥物。調控中空膠囊的形狀、大小和滲透性,使得納米孔隙可以包埋不同的藥物,并且藥物不會從中逸出,但是足以使氧擴散出去。使得既能發(fā)揮殺滅腫瘤的作用,又不會釋入血管,避免其它包囊化方法所引起副作用。設計中空膠囊的表面性質,引入特異性識別單元,增強攻擊靶標的能力。解決目前光動力學療法

8、在藥物的運輸和釋放方面的困難。通過體外細胞培養(yǎng)與動物實驗,檢測膠囊作為藥物載體在生物體內的穩(wěn)定性、生物相容性、可降解性,研究其被細胞攝取的效率和機理。調控中空膠囊或納米管尺寸,使得納米孔隙的藥物載體能避開網狀內皮系統(tǒng)(R

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