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通过吸附过量的生物分子来净化血液对于维持人类健康至关重要。受肾脏自我净化技术的启发。11月，东南大学赵远锦/复旦大学商珞然教授团队提出了一种可以同时去除许多不同大小的生物分子技术，并论述了与人字形微流控芯片集成在一起的分级分子印迹反蛋白石颗粒，以进行有效的生物分子清洁。该颗粒具有组合的多孔结构，具有表面和内部印记，可特异性识别小分子和生物大分子。另外，由于增强了混合，人字形混合器的存在大大提高了吸附效率。此外，颗粒的反蛋白石框架提高了光学感应能力，可自我报告吸附态。这些功能，以及其可重复使用性，生物安全性和生物相容性，使得该平台在临床血液净化和人工肾脏构建方面极具前景。相关论文HierarchicallyMolecularImprintedPorousParticlesforBiomimeticKidneyCleaning发表再《AdvancedMaterials》上作者提出了一种血液净化平台，该平台在人字形微流体混合器中嵌入了分子印迹的多孔颗粒，如图1所示。微流体通道由带图案的微槽组成，可通过产生流体的螺旋运动来提高混合效率。因此，它已广泛用于生物（化学）反应和分析。但是，人字混合器在血液净化中的应用尚未得到充分的探索。有鉴于此，引入分子印迹聚合物反蛋白石颗粒（MIPIOPs）作为嵌入通道中的吸附剂。蛋白石反颗粒由以六角形密堆积方式排列的周期性有序，相互连接的微孔组成。尽管丰富的孔为吸附提供了足够的表面积，但是如果不建立分子识别机制就无法实现选择性吸附。通过与分子印迹策略整合，颗粒具有较小的印迹分子空间腔和较大的反蛋白石结构孔。具有定制结合位点的这种分层结构的颗粒已用于生物分子的特异性识别。但是，以前的MIPs研究仅集中在单分子印迹上，其在流体环境中的作用尚未得到充分证明。图1a）肾脏同时净化不同大小生物分子的自我净化功能示意图。b）嵌入人字形微流控芯片中的MIPIOP用于多种血液生物分子清洁的机制。具有多个分子结合位点的MIPIOP首先通过组合印迹过程制备，如图2a所示。具体而言，首先通过在微流体乳液液滴中密闭组装来制备二氧化硅胶体晶体珠（SCCB）。SCCB表面的二氧化硅纳米颗粒具有丰富的硅烷醇基团，因此能够吸收带正电荷的硅醇溶菌酶通过静电相互作用。SCCB表面的大分子溶菌酶充当印迹模板，在聚合物基质中形成“分子印迹”。在这里，溶菌酶功能化的SCCB在甲基丙烯酸明胶（GelMA）和聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）的预凝胶混合物中溶胀，直到二氧化硅纳米颗粒之间的空隙被完全填充。然后，将预凝胶溶液在紫外线（UV）下聚合，通过氢氟酸蚀刻除去SCCB，然后用磷酸盐缓冲液（PBS）冲洗印迹的溶菌酶分子。所得的MIPIOP具有分级的多孔结构，其具有由压印分子产生的小空间空腔和反蛋白石骨架的大空隙。此外，将包括尿素和肌酸在内的小分子加入到预凝胶溶液中，并印在水凝胶框架的内部。因此，所得的MIPIOPs不仅具有表面溶菌酶的结合位点，而且还具有内部的尿素和肌酸的结合位点。由于结构是有序的，所以SCCB，水凝胶填充的杂化SCCB和复制的MIPIOP都显示出鲜明的结构颜色，如图2b-d的光学显微镜图像所示。如图2e–g所示，这些粒子的此类3D有序微观结构已通过扫描电子显微镜（SEM）得以确认。图2组合MIPIOP的方案和特性。a）组合式MIPIOP的制造过程示意图。b–d）溶菌酶功能化SCCB（b），分子印迹水凝胶杂化SCCB（c）和MIPIOPs（d）的反射显微图像。e–g）溶菌酶功能化的SCCBs（e），分子印迹水凝胶杂化SCCBs（f）和MIPIOPs（g）的SEM图像。比例尺在（b–d）中为m，在（e–g）中为nm。作为概念验证实验，MIPIOP用于同步吸附大分子溶菌酶和小分子尿素和肌酸。血液中尿素的浓度已被广泛用作肾脏疾病的检测指标。但是，单一指标往往不足以诊断某些与肾病相关的并发症。尤其是，血清溶菌酶的检测将有助于提高某些并发症疾病（包括白血病相关的急性肾脏损伤）的诊断准确性。同时，测量血清中肌酸的浓度可能有助于反映人体的健康状况。因此，在这里选择尿素，肌酸和溶菌酶作为三个印迹目标，包括小分子和大分子。因为可以在水凝胶基质中维持印迹分子的空间结构，所以MIPIOPs可以特异性识别和吸附相应的分子。作者通过使用紫外可见光谱法测量这三个分子随时间的吸附来证明这一点。如图3a–c所示，三种生物分子的吸附在大约一小时内达到平衡，表明印迹腔中的各个分子已饱和。目前的MIPIOPs的吸附能力与现有的吸附材料相当，后者对目标生物分子具有极好的亲和力。使用异硫氰酸荧光素（FITC）标记的溶菌酶作为指示剂，比较了MIPIOPs和普通反蛋白石（无分子印迹）之间的吸附能力。进一步采用了一系列优化过程来提高MIPIOP的吸附效率。为了吸附溶菌酶，用十二烷基磺酸钠（SDS）处理了SCCB，以增加二氧化硅纳米颗粒的表面电荷并增强与溶菌酶的静电相互作用。然后，测量了吸附FITC溶菌酶后，经SDS处理的SCCBs产生的MIPIOPs的荧光强度。已发现，随着一系列SDS处理时间和荧光强度曲线所表征，吸附随着SDS处理时间的增加而增加。溶菌酶的Zeta电位（+24.93mV）支持了二氧化硅纳米颗粒与溶菌酶之间的静电相互作用。为了吸附尿素和肌酸，优化了印迹分子的浓度。尽管吸附能力随分子浓度的增加而提高（图3d），但鉴于生物分子在预凝胶溶液中的溶解度，最大浓度被限制为15wt％。此外，作者在预凝胶溶液中添加了丙烯酸（AA），从而在MIPIOPs的水凝胶骨架上提供了丰富的羧基，如图S5中的傅里叶变换红外光谱（FTIR）所表征。因此，随着AA浓度的增加，吸附得到了改善（图3e），从而证实了MIPIOP与目标分子的亲和力。然后我们研究了仅印有单个分子（即尿素或肌酸）的MIPIOPs的选择性吸附能力。结果表明，印有某种类型的生物分子的MIPIOPs仅显示对相应靶标的强吸附，如图3f所示。图3MIPIOP的吸附能力。a–c）溶菌酶（a），尿素（b）和肌酸（c）的吸收值随浸泡时间的变化而变化。d）不同尿素和肌酸浓度对尿素和肌酸的吸附能力。e）对三种丙烯酸浓度不同的生物分子的吸附值。f）两种不同的MIPIOP对各自印迹分子的比吸附能力。由羧基在水凝胶骨架上的吸附能力引起的少量非特异性吸附可以忽略不计。将MIPIOPs吸附剂嵌入微流控芯片中，以选择性清洁血液中的多种生物分子。微流控芯片经过专门设计，将微腔室的底层和人字形混合器的顶层粘合在一起，如图4a所示。人字形混合器由一个微通道组成，该微通道具有以60°角定向的图案化微槽，如图4b所示。微腔室由嵌有MIPIOP的六角形图案化微柱组成，其中每个MIPIOP均被三个微柱分别隔开，如图4c所示。整个微流控设备的光学图像如图4d所示。将该平台应用于肾病患者模型血液样本中溶菌酶，肌酸和尿素的同步吸附。吸收FITC溶菌酶后，微流控设备中MIPIOPS的明场和荧光图像证实了每个微腔室是一个单独的吸附单元。整个吸附测量为所有单元的总和，其结果示于图4e。因此，它证明了集成MIPIOPs的微流控芯片在临床血液净化中的吸附能力。图4a）双层微流控芯片的制造过程示意图。b）微流体芯片顶层的光学图像（顶部面板）和人字形微槽结构的细节（底部面板）。c）微流控芯片底层的光学图像（顶部面板）和微腔室的细节（底部面板），这些微腔室由嵌入了MIPIOP的带图案的微柱组成。d）整个MIPIOP集成了人字形微流控芯片的光学图像。e）在蒸馏水和血清中，微流体平台对三种生物分子的清洁效率。比例尺在（b）中为m，在（c）中为m。值得注意的是，人字形通道设计为产生湍流，这将增强目标生物分子与MIPIOP之间的接触。为了证实这一点，我们通过数值模拟解决了人字形微通道中的流体流线。流体表现出旋转和扭曲，如微流体通道的垂直（图5a，b）和水平横截面的速度流线图所示。如图5c-e所示，在MIPIOPs集成的微流平台上，溶菌酶，肌酸和尿素的清洁效率显着高于裸MIPIOPs的清洁效率，尤其是在反复进行吸附循环后，这一点尤为明显。图5a）人字形微通道中形成的湍流的数值模拟，b）人字形微流通道垂直截面中的速度流线的数值模拟。c–e）用MIPIOPs和集成MIPIOPs的微流控芯片进行重复吸附循环后，得出溶菌酶（c），肌酸（d）和尿素（e）的清洁效率图。参考文献：doi.org/10./adma.205394版权声明：「水凝胶」是由专业博士（后）创办的非赢利性学术

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