顶刊动态 | PANS/AM/JACS/Nano Letters等期刊生物材料学术进展汇总（5.11-5.19）

1、PANS：蜘蛛丝与固-液杂化材料

图1 蜘蛛丝在液滴里面“卷”起来（左）和伸直（右）

我们知道蜘蛛丝上面有很多球形的液滴，这些液滴除了粘住猎物外还有什么用呢？

最近法国索邦大学的Hervé Elettro等人发现蜘蛛丝能在液滴里面“卷”起来（像风筝线在线轮里卷起来那样），当拉伸的时候液滴会“吐出”蜘蛛丝，当“压缩”的时候液滴又会“回收”蜘蛛丝，而且液滴几乎可以容纳全部的蜘蛛丝。他们发现这种现象与蜘蛛丝的弹性和毛细现象有关，并且在聚亚氨酯纤维和硅酮组成的“杂化”材料里观察到了同样的现象，他们还证明这里的丝和液滴可以由各种材料组成，因此它们的潜在应用很广泛。

文献链接：In-drop capillary spooling of spider capture thread inspires hybrid fibers with mixed solid–liquid mechanical properties（PNAS，2016，doi: 10.1073/pnas.1602451113）

2、Nano Letters：实时探测细胞分泌物的纳米传感器

图2 利用SERS纳米传感器来探测细胞分泌物的原理

当一些分子吸附在某些金属表面（如Ag、Au）时，这些分子的拉曼散射强度会有几个数量级的提高，表面增强拉曼散射（SERS）技术就是利用这个原理来工作的。SERS对分子的吸附很敏感，甚至可以探测到单个分子的吸附，目前
SERS技术在生物传感方面的应用还处在初始研究阶段。

最近加拿大蒙特利尔大学的Félix Lussier等人用金纳米粒子来修饰吸量管状的纳米硅硼酸盐表面制备出了纳米传感器。将这种传感器放在细胞附近并且利用动态SERS技术，他们实时探测到了几种不同的细胞分泌物以及它们的含量（可以精确到单分子）。

文献链接：Dynamic-SERS Optophysiology: A nanosensor for monitoring cell secretion events（Nano Letters，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01371）

3、ACS Nano：多功能的药物运输平台

图3 药物在适当的刺激下释放

介孔硅纳米粒子是目前比较受欢迎的一种药物运输平台，但是在运输的途中会存在药物泄露问题。

最近国立台湾大学的Yu-Jui Tseng等人用介孔硅纳米粒子制备了一个集MRI/CT双模式成像、可逆药物释放和定向运输功能的多功能药物运输平台。平台的制备过程如下：（1）在纳米硅的孔内吸附超细氧化铁纳米粒子（MRI成像用）；（2）在硅的表面覆盖一层介孔纳米硅；（3）将糖类衍生物化学吸附在表面；（4）将硼酸修饰的Au纳米粒子与糖类衍生物通过硼酸酯键结合（硼酸酯键能可逆的断裂或生成实现药物逆释放药物，Au可作为CT成像的造影剂）；（5）最后再化学吸附叶酸（能与肿瘤生成的某种物质结合从而定向吸附）。该平台可应用在医学诊断和治疗上。

文献链接：A Versatile Theranostic Delivery Platform Integrating Magnetic Resonance Imaging/Computed Tomography, pH/cis-Diol Controlled Release, and Targeted Therapy（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.5b08130）

4、Advanced Functional Materials：光控药物释放纳米系统

图4 光控药物释放纳米棒的制备途径

光控药物运输系统由于可控性强和精准度高而被广泛研究，但是大部分要用到对人体有害且穿透能力差的紫外或蓝光。

最近苏州大学功能纳米与软物质（材料）实验室的Guangbao Yang等人用介孔纳米棒制备了一个光控药物释放平台。当用红光照射时，纳米棒里面的光敏剂可以产生单线态氧（SO），SO可以让堵住纳米棒孔口的蛋白质离开，从而将孔内的药物释放出来，这种纳米棒还可以运输大分子来达到不同的治疗目的。

文献链接：Light-Responsive, Singlet Oxygen-Triggered On-Demand Drug Release from Photosensitizer-Doped Mesoporous Silica Nanorods for Cancer Combination Therapy（Advanced Functional Materials，2016，DOI: 10.1002/adfm.201600722）

5、Advanced Materials：双网络水凝胶与骨骼牢固结合

图5 水凝胶（上层）与骨骼（下层）的界面消失

水凝胶由于含水量高是理想的软组织代替物，但将水凝胶与软组织结合还是很困难的。

最近日本北海道大学的Takayuki Nonoyama等人在一种双网络的水凝胶表面生成一层羟基磷灰石（HAp），将这种水凝胶植入兔子骨骼的缺陷上，经过4周后，在水凝胶和骨骼的接触面上自发形成了水凝胶/骨骼杂化层，使得水凝胶和骨骼的界面变得不明显，因此大大提高了水凝胶和骨骼的结合强度。这种现象与水凝胶的化学成分无关，只取决于水凝胶的网络结构，因此潜在的应用范围很广。

文献链接：Double-Network Hydrogels Strongly Bondable to Bones by Spontaneous Osteogenesis Penetration（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201601030）

6、Advanced Materials：高温退火制备高强度碳纳米管纱

图6 （a）退火装置（b-g）退火前（上）和退火后（下）碳纳米管纱的对比

加捻碳纳米管纱线在人工肌肉、超级电容器和电池等方面有潜在的应用，但是如果不将纱线的两端固定的话，它们会发生不可逆的解捻。

最近美国德克萨斯大学的Jiangtao Di等人在施加张力的条件下对加捻并盘绕成卷的碳纳米管纱进行退火（2000℃），发现退火使碳纳米管之间发生交联，从而稳定了碳纳米管纱线。退火后纱线的强度提高，在吸附/脱附有机气体时纱线的一端可发生可逆的旋转（另一端固定），因此有望作为人工肌肉材料。

文献链接：Strong, Twist-Stable Carbon Nanotube Yarns and Muscles by Tension Annealing at Extreme Temperatures（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201600628）

7、ACS Nano：碳纳米管的电学性质对毒性的影响

图7 碳纳米管的分离方法

碳纳米管按电学性质可分为金属型和半导体型碳纳米管，一般的碳纳米管是两者的混合物，由于没有将两者分离的有效方法，很难了解它们对生命体的影响有什么不同。

最近美国加州大学的Xiang Wang等人用密度梯度离心法分别得到了纯度大于98%的金属型和半导体型碳纳米管。实验发现它们对肺和大肠杆菌的毒性没有什么不同（是不是感觉被坑了）。

文献链接：Toxicological Profiling of Highly Purified Metallic and Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes in the Rodent Lung and E. Coli（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b01560）

8、ACS Nano：纳米颗粒修饰的成骨细胞靶向肽用于输送短链RNA/微型RNA

图8 SDSSD-PU靶向肽作用于成骨细胞示意图

由于成骨细胞和破骨细胞分化和功能化的不平衡，导致人体出现很多骨骼疾病。例如骨质疏松症就是由全身性骨代谢紊乱引起的。现有的临床治疗药物会产生很多副作用。

最近，暨南大学的Yao Sun等人筛选出一种可以同时作用于老鼠和人体成骨细胞的靶向肽（SDSSD）。他们设计并合成了SDSSD改性聚氨酯纳米胶束，实验发现SDSSD-PU纳米胶束能有效输送短链RNA和微型RNA到成骨细胞，调节基因的表达。这种成骨细胞靶向药物传递系统无明显毒性而且不会引起免疫反应，可用于治疗骨质疏松症和成骨细胞功能障碍引起的代谢综合征。

文献链接：Osteoblast-Targeting-Peptide Modified Nanoparticlefor siRNA/microRNA Delivery（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.5b07828）

9、Advanced Materials:上转换纳米复合材料在生物体中实现深光声/荧光/核磁共振多模式成像

图9 制备稀土掺杂的上转化发光材料的示意图

光声成像（PAI）具有较高的空间分辨率，但由于能量限制，适用的检测区域较小。核磁共振成像（MRI）虽然在临床上应用广泛，但仪器繁琐，数据采集耗时。荧光成像技术定位区域广泛，但空间分辨率低，且由于光学散射致使精度偏低。因此找到一种准确提供全面诊断信息的方法很有必要。

最近，厦门大学的Yu Liu等人通过在NaYF4:Yb:Er@NaYF4:Yb@NaNdF4:Yb (CS1)表面镀上NaYF4和 NaGdF4来增强材料上转换发光强度，得到CS2。再将CS2与亲水性的树突状分子、吲哚青绿结合，最终得到CS2–ICG。该材料可将近红外光转换为可见光、提高光子到超声波的转换效率、可以使用更短的（800nm）近红外光照射以避免组织损伤。进一步检测表明，CS2-ICG表现出优异的光学吸光度特性，可作为造影剂用于高灵敏度检测、深层多模式成像及协同治疗。

文献链接：Deep Photoacoustic/Luminescence/Magnetic Resonance Multimodal Imaging in Living Subjects Using High-Efficiency Upconversion Nanocomposites（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201506460）

10、ACS Nano：金纳米团簇掺杂64Cu制备CXCR4用于乳腺癌细胞和转移癌细胞正电子发射断层扫描

图10 64CuAuNCs−AMD3100的合成及PET横断面成像示意图

癌细胞的转移是乳腺癌（BC）患者在肿瘤切除治疗后面临的又一大问题。由于转移的癌细胞多数由异种细胞群组成，具有不同的特异性，常规病理检查的敏感性、准确性不足，难以检测出潜伏的转移癌细胞。

近日，华盛顿大学的Yongfeng Zhao等人将64Cu同位素掺杂的金纳米团簇与靶向配体AMD3100（能与CXCR4结合）结合制备出超小尺寸、可被肝脏清除的普乐沙福生物标记物（64CuAuNCs−AMD3100）。将64CuAuNCs−AMD3100与另外两种对照组生物标记物注射入携带乳腺癌细胞的小鼠体内，使用正电子发射断层扫描（PET）成像技术捕获肿瘤细胞过度表达的CXCR4受体信息。结果显示，与对照组相比64CuAuNCs−AMD3100具有更高的放射性标记比活度、超强的定位能力。可用于指导乳腺癌治疗，实现准确的肿瘤检测和早期的癌细胞转移诊断。

文献链接：Gold Nanoclusters Doped with 64Cu for CXCR4 Positron Emission Tomography Imaging of Breast Cancer and Metastasis（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b01326）

11、JACS：金纳米粒子覆盖碳纳米环增强拉曼散射和光热转换性能

图11 CNTR@AuNPs的制备过程

碳纳米管（CNT）和石墨烯由于具有表面增强拉曼散射效应而被用来探测生物分子，为了增强拉曼散射信号，还经常用金纳米粒子（AuNPs）来覆盖它们的表面。

最近美国分子影像与纳米医学实验室的Jibin Song等人先用一种新的方法制得碳纳米管环（CNTR），然后再在CNTR的表面吸附AuNPs制备出CNTR@AuNPs。实验发现与CNTR@AuNS 和CNT@AuNP相比CNTR@AuNPs有更强的拉曼散射和光声信号以及更好的光热转换效率（CNTR@AuNS 和CNT@AuNP分别代表完全被金覆盖的CNTR和AuNp修饰的直碳纳米管）。

文献链接：Gold Nanoparticle Coated Carbon Nanotube Ring with Enhanced Raman Scattering and Photothermal Conversion Property for Theranostic Applications（JACS，2016，DOI: 10.1021/jacs.5b13475）