蛋白质多肽纳米复合薄膜医用涂层的可控组装及功能调控研究

This proposal is focused on the application of assembled nanobiocomposite films based on protein and polypeptide in biomedical coatings. The assembly technique and process of the nanobiocomposite films composed of protein/polypeptide and nanomaterials will be studied. Based on the combination of layer-by-layer assembly, sol-gel method, hydrogel tehnique, and other nano fabrication methods, nanobiocomposite films will be fabricated and their composition, structure and function will be tuned to explore the relation between physicochemical properties and biological properties. Furthermore，the mechanism of interaction between the composite films and tissues and the guidelines of biocompatibility of the composite films will be explored via in vivo experiments. As a result, the novel functional biomedical coatings will be formed in this project to provide value solution for improved interfacial biocompatibility of biomedical materials. The prominence of this proposal lies in the formation of multifunctional nanobiocomposite films, the typical biocompatible surface and the method system of biomedical coating by molecular self-assembly. It could be expected that new types of biomedical coatings would be designed and functional biocompatible interfaces would be fabricated in this project. The present research will provide new ways for the development of multifunctional bimedical coatings.

本项目旨在开展多级次组装的生物纳米复合薄膜用作医用材料表面涂层的研究。拟以蛋白质多肽物质与金属或碳纳米材料的组装及组装方法为研究内容，采用层层组装技术并结合先进的纳米材料合成方法，实现生物活性物质与纳米材料复合薄膜的跨尺度可控组装，并通过调控其组成、结构和性能等，探讨其理化性能与生物学性能间的依存关系。有机结合两类体系的特性，设计开发抗菌、抗凝血以及生物响应等多功能生物导向性载药涂层，建立新型医用涂层的功能化设计与制备技术体系。同时，借助动物体外/体内实验，开展薄膜与机体界面相互作用及其机制研究，设计微纳结构表面，以特定的微纳尺度诱导特异性的生物信号响应，有望显著提升界面生物相容与适配性，为界面生物相容性问题的解决提供新思路。本项目通过组装生物功能性纳米复合薄膜，建立较完善的生物相容与适配表面，从而构建分子组装医用涂层的方法体系，可为研制先进的功能界面和功能涂层提供理论依据和重要参考。

本项目围绕“蛋白质多肽纳米复合薄膜的可控组装与功能调控”，主要开展了生物纳米复合薄膜医用涂层调控细胞行为，功能化结构表面检测生物活性物质，纳米复合薄膜多模式复合治疗癌症等工作，先后制备了①金属纳米粒子与多糖复合薄膜作为细胞活性因子载体定向诱导干细胞分化，此复合薄膜有机结合了无机纳米材料优良机械性能和生物大分子的生物活性，明显促进了骨髓间充质干细胞的定向成骨分化。②一系列结合石墨烯、蛋白质、金属纳米粒子、聚合物等材料的复合功能表面，分别实现了小分子代谢产物以及癌症标记物等的高灵敏、高选择性检测。③基于苯硼酸和葡萄糖特异识别的结构化表面，能够识别检测葡萄糖，并动态调控细胞的粘附与脱附行为。④金纳米棒与石墨烯抗癌药物载体及光敏剂二氢卟吩e6复合治疗癌症的无创贴敷试剂，分别通过光热与光动力疗法复合，光热与化学疗法复合有效抑制了肿瘤生长，并且癌症愈后无复发，该贴剂无痛无创，在治疗期间可多次光照辐射，也可与传统手术治疗相结合，在手术切除肿瘤组织后，实施贴剂光学治疗，局部地、有针对性地清除癌细胞。总之，本项目在多功能薄膜制备，薄膜表面性能调控以及生物活性表面设计、生物活性表面功能化等方面取得了重要的进展，可以预测此类功能表面作为涂层材料将在生物检测、癌症治疗以及组织工程等生物医学领域具有广阔的应用前景。