[01675003]有机-无机杂化策略构建多功能生物医用材料

该项目属于“材料科学技术”学科中“材料的组织、结构、缺陷与性能科学”领域。 传统高分子生物医用材料功能单一，而无机功能材料生物相容较差、功能与缺陷难以调控，限制了其生物医学应用。为解决以上问题，申请者提出了有机-无机杂化策略，构筑兼具高分子与无机材料本征特性的新一代多功能生物医用材料。在863计划及国家自然科学基金连续资助下，取得了一系列原创性成果，主要包括： (1)提出了纳米材料为交联点原位构筑高性能高分子水凝胶的新策略通过控制纳米颗粒与高分子相界面相互作用，以有机、无机纳米颗粒为交联点，建立了在纳米颗粒表面原位构筑高分子水凝胶的方法与理论，制备了具有优异力学性能的高性能杂化水凝胶。进一步对无机纳米颗粒电荷改性，解决其易团聚的缺陷，显著提高分散性及交联点密度，提高了水凝胶力学性能，在关节修复、人工肌肉等领域有良好应用前景。这种将聚合物与纳米颗粒在分子水平进行杂化制备高强水凝胶的策略，被该领域著名学者T. Aida等在Nature系列杂志给予积极评价。 (2)发展了电场诱导构筑无机-高分子双载体杂化功能纤维的新途径利用可逆非共价相互作用实现无机纳米颗粒对有机小分子药物的有效负载，并进一步将载有药物的无机纳米颗粒与生物相容性高分子复合，通过控制高分子与无机材料界面相互作用，实现了无机纳米颗粒在高分子内稳定包覆，制备了无机-高分子纳米杂化药物载体。利用电场诱导纺丝技术制备了双载体杂化载药纤维，构筑了具有微纳结构的药物缓释材料，实现了小分子药物的简便、快速、高效封装及可控释放。该研究成果在Adv. Mater.、Biomaterials等杂志被同行给与高度评价。 (3)建立了高分子限域空间内原位生长无机纳米诊疗平台的新方法提出以树状大分子作为限域反应器新思路，实现了小尺寸(～4 nm)成像用纳米颗粒的原位生长。利用高分子配体模板，可控制备尺寸接近980 nm激光波长的CuS超结构，发现并揭示了超结构光学效应诱导高效近红外光热转换机制。以PEG-400为溶剂制备了带有氧缺陷的氧化物纳米线，阐明了溶剂对其形貌和缺陷的影响机制及对光热性能的影响规律。验证了金属和半导体纳米材料所具备的生物影像及肿瘤消融效果。相关成果得到Chem. Rev., Chem. Soc. Rev.等期刊的正面引用和高度评价。共发表SCI论文96篇。在Adv. Mater.、Biomaterials等权威期刊发表8篇代表性论文，被SCI他引972次；3篇入选ESI高被引论文。获授权发明专利45件。项目进行期间，第一完成人获国家杰出青年基金和长江学者计划支持，获“中国青年女科学家”和首届“全国创新争先”奖，团队入选教育部创新团队并获滚动支持。两位完成人被评为中国高被引学者。完成人多次受邀在国内外学术会议做大会报告和特邀报告，推动了有机-无机杂化材料在生物医学领域的应用。