纳米纤维素多维有序微结构的可控构建及其生物医学应用

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21774039
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    67.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0509.生态环境材料化学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The highly ordered self-assembled structures of naturally occurring biomaterials and soft/hard tissues provide them with numerous excellent properties. This phenomenon inspired us to fabricate multidimensional ordered micro-structured materials to achieve functional modulation. This study is aimed to develop multidimensional ordered microstructures through biofabrication, simulation, 3D printing, and multi-physical field numerical modeling. Specifically, by using 1D cellulose crystalline nanofibers (the hard component) and biomaterials, such as polysaccharides, and polyamino acid hydrogels (the soft component), we sought to build patterned 2D surfaces, ordered 3D structures, that are adaptable to transformation (4D). Moreover, we aim to develop strategies to construct novel nanocellulose-based biomaterials with multidimensional ordered microstructures and to elucidate the correlations between their molecular structures, mechanical properties and biological functions. Additionally, cells from different tissue layers can be programed to achieve directed adhesion, proliferation and differentiation, with proper multi-physical field numerical modeling. This will better mimic biological processes, such as the weight-bearing of intervertebral disc, the blood flow in the vessels, the bowel contraction and movement, and the host-microbe ecosystem. Thus, this work will provide the important scientific basis for fabrication of engineered tissues with multidimensional ordered microstructures, such as bone and cartilage tissues, intervertebral discs tissues, intestinal tissues, and blood vessels etc.
天然生物材料与组织中软硬成分的有序自组装使生物组织具有优异的综合性能。这些有序微结构的范例启发我们在对生物材料的设计需要构建多维有序微结构从而实现其功能的智能调控。本项目采用生物制造、仿生模拟、3D打印、多物理场数字建模等方法,以纤维素纳米纤维为一维刚性组分,以聚多糖、聚氨基酸凝胶等为软组织成分,构筑2D 有序界面、3D 有序微结构支架、 以及具有 4D 变形智能响应的有序微结构支架。建立基于纤维素纳米纤维的多维复杂结构的可控构建方法及多种方法的协同调控,阐明超分子结构与力学性能和生物功能之间的关系。利用多物理场数字建模,从微观上实现不同组织层细胞的定向诱导粘附、增殖与分化。宏观上实现功能上的仿生模拟,如匹配椎间盘组织的承重、血管的血流脉动、肠道的收缩和蠕动以及建立宿主-菌群微生态系统等。为构筑多维精细结构的骨和椎间盘组织、血管组织、肠道组织工程支架提供重要科学依据。

结项摘要

天然生物材料与组织中软硬成分的有序自组装使生物组织具有优异的综合性能。这些有序微结构的范例启发我们在对生物材料的设计需要构建多维有序微结构从而实现其功能的智能调控。本项目1)建立了以纳米纤维素、碳纳米管、聚吡咯、MXene(Ti3C2Tx)、PEDOT:PSS为硬组织材料;明胶、纤维素水凝胶、瓜尔胶、壳聚糖等为软组织成分,构筑智能电响应的结构支架的方法,探索了其皮肤组织工程修复等方面的生物医学应用。2)建立了以聚乙烯醇、壳聚糖等生物大分子的微纳米栓塞剂、药物载体以及三维细胞培养微载体,探索了其在前列腺栓塞治疗,卵巢癌诊断、细胞三维培养等方面的应用。3)并建立了一种稳定性超疏水界面的制备方法,其界面对水、组织液、血液、尿液和脓液等液体具有优异的排斥性能,并在此界面上设计了一种超疏水的液-固接触摩擦纳米发电机,研究了其作为液滴传感器在生物医学上的应用。在项目资助下,申请发明专利多项,并有3项已经获得授权;在国际高档次SCI源刊物发表论文24篇。培养博士后2名,博士5名,硕士研究生4 名。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Nanocellulose hyperfine network achieves sustained release of berberine hydrochloride solubilized with beta-cyclodextrin for potential anti-infection oral administration
纳米纤维素超细网络实现了用β-环糊精溶解的盐酸小檗碱的持续释放,用于潜在的抗感染口服给药
  • DOI:
    10.1016/j.ijbiomac.2020.03.030
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Journal of Biological Macromolecules
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Xiao Lin;Poudel Abishek Jung;Huang Lixia;Wang Yang;Abdalla Ahmed M. E.;Yang Guang
  • 通讯作者:
    Yang Guang
Porous chitosan microspheres as microcarriers for 3D cell culture
多孔壳聚糖微球作为 3D 细胞培养的微载体
  • DOI:
    10.1016/j.carbpol.2018.09.021
  • 发表时间:
    2018-12-15
  • 期刊:
    CARBOHYDRATE POLYMERS
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Huang, Lixia;Xiao, Lin;Yang, Guang
  • 通讯作者:
    Yang, Guang
Water-stable and finasteride-loaded polyvinyl alcohol nanofibrous particles with sustained drug release for improved prostatic artery embolization - In vitro and in vivo evaluation
具有持续药物释放功能的水稳定且负载非那雄胺的聚乙烯醇纳米纤维颗粒可改善前列腺动脉栓塞 - 体外和体内评估
  • DOI:
    10.1016/j.msec.2020.111107
  • 发表时间:
    2020-10-01
  • 期刊:
    MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING C-MATERIALS FOR BIOLOGICAL APPLICATIONS
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Li, Xiaohong;Li, Basen;Yang, Guang
  • 通讯作者:
    Yang, Guang
Silk sericin-enhanced microstructured bacterial cellulose as tissue engineering scaffold towards prospective gut repair
丝胶增强微结构细菌纤维素作为组织工程支架实现前瞻性肠道修复
  • DOI:
    10.1016/j.msec.2019.04.043
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Materials Science and Engineering: C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lamboni Lallepak;Xu Cheng;Clasohm Jasmin;Yang Junchuan;Saumer Monika;Schaefer Karl Herbert;Yang Guang
  • 通讯作者:
    Yang Guang
Synergistic effect of highly aligned bacterial cellulose/gelatin membranes and electrical stimulation on directional cell migration for accelerated wound healing
高度排列的细菌纤维素/明胶膜和电刺激对定向细胞迁移的协同作用,加速伤口愈合
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.130563
  • 发表时间:
    2021-06-02
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Wang, Li;Mao, Lin;Yang, Guang
  • 通讯作者:
    Yang, Guang

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其他文献

利用反式翻译机制设计ssrA-X标签提高蛋白质定点非天然氨基酸引入质量
  • DOI:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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谷氨酰胺对斜带石斑鱼GF-1细胞中C-Myc蛋白的表达与神经坏死病毒复制的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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双渠道异质产品市场背景下的概率销售策略
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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基于2.5D级联卷积神经网络的CT图像胰腺分割方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周芳芳;王一达;宋阳;杨光
  • 通讯作者:
    杨光

其他文献

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杨光的其他基金

气—液相发酵环境二元调控诱导纤维素有序生物合成及生物医学应用
  • 批准号:
    52373235
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不同波长下金属纳米阵列的超快光学非线性研究
  • 批准号:
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    面上项目
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    20774033
  • 批准年份:
    2007
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    面上项目
纳米晶氧化物薄膜的三阶非线性光学特性
  • 批准号:
    10604018
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    32.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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