课题组与南京医科大学团队合作在新型纳米杂化单元研究方面取得新进展

理想的生物材料不仅需要无毒、安全，还要在力学上精准匹配目标组织，避免“应力屏蔽”；同时具备主动催化功能，如清除活性氧（ROS）以调控微环境；并在复杂生理条件下保持稳定。然而，传统复合策略往往“顾此失彼”——通过强相互作用构建的材料力学性能优异，但纳米材料的类酶活性常被抑制；通过弱相互作用构建的杂化材料保持了无机纳米材料的生物催化功能，却难以满足力学匹配和长期稳定性。此外，常用无机纳米材料的最适催化pH常与生理环境错位，导致活性与安全性之间的矛盾。

近日，课题组与南京医科大学生物医学工程与信息学院胡克副教授团队合作在《国家科学评论》（National Science Review）上发表了题为“A novel biomacromolecule-predominated hybrid unit: from design, characterization to application”的研究论文，成功开发出一种以天然生物大分子为主导的新型有机-无机杂化单元。

图1 基于天然高分子的新型纳米杂化单元设计及杂化凝胶构建示意图

研究团队受此前朱美芳院士提出的介观尺度有机-无机杂化界面构建策略的启发，利用多种来源的天然生物大分子构建了在微观尺度具有稳定界面的杂化单元，成功实现了生物安全性、物理力学匹配、生物催化功能与生理环境兼容性的系统集成，进一步拓展和深化了纳米杂化理论在生物材料构筑领域的实践探索。该研究综合运用同步辐射小角X射线散射（SAXS）、原子力显微镜-红外联用（AFM-IR）和高分辨透射电镜等先进表征手段，并创新性地引入高分子物理中的“Blob模型”来分析杂化单元的微观结构。所构建的纳米杂化水凝胶不仅将哺乳动物细胞蛋白表达效率提升近一个数量级，还展示了在光学生物传感、3D生物打印和类器官培养等前沿领域的广阔应用前景。该策略为设计下一代多功能仿生材料提供了全新范式。

图2 纳米杂化水凝胶对皮肤类器官的抗氧化保护及杂化单元对凝胶生物力学性能和溶解氧水平的影响。

原文链接：https://academic.oup.com/nsr/article/13/7/nwag099/8483900

攥稿|周子莹

编辑|王志仁

审核|朱丽萍 张新海 王海亮