中国科大沈佐君教授、吴东教授课题组 ACS AMI：超快激光诱导的仿生水凝胶多孔门控系统用于药物缓释

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在过去的十年中，人们通过制造多孔框架和开发刺激响应阀门材料，已经设计了多种多样的基于光照射、磁场、温度或机械应变等外部刺激而响应的智能门控系统，实现对流体、蒸汽和颗粒物的动态控制，从而在能量收集、水处理、软机器人等领域进行广泛的探索。

中国科学技术大学附属第一医院沈佐君教授团队与工程科学学院微纳米工程实验室吴东教授团队通过飞秒激光微钻孔和原位紫外线聚合方法制造了一种以 pH 响应水凝胶作为阀门的仿生智能多孔门控膜（HPGS）（图1）。负载抗癌药物DOX的HPGS在生理条件下稳定且药物泄漏率低，可在低pH环境下实现药物缓释。经过研究发现这种药物释放主要受非Fickian扩散控制，使分子转运的动态速度控制成为可能（图2）。

图 1.  叶片气孔系统示意图（左），它可以通过两个保卫细胞吸收或释放来控制蒸汽输送。基于溶液 pH 值调控仿生智能多孔门控膜（右），在酸性溶液中打开阀门，在碱性溶液关闭阀门。

图 2.  (a) 用于药物分子转运的膜的门控性能示意图。(b) 门控膜在不同时间点进行 Dox 扩散测试的双电池照片，pH < 7 时为“ON”状态，pH < 7 时为“OFF”状态。(c, d) 不同孔径比 (d₂/d₁) 下 48 h 内在pH＞7和pH＜7的溶液中累积 Dox 释放曲线。(e) Dox 释放的机制曲线。(f, g) 不同孔径比 (d₂/d₁) 下 48 h 内在pH＞7和pH＜7的溶液中累积葡萄糖的释放曲线。(h) 葡萄糖释放的机制曲线。

此外，HPGS还可以制作成抗肿瘤微胶囊。负载了抗癌药物Dox的微胶囊在肿瘤细胞周围的酸性环境中就可以释放药物并达到极好的杀死肿瘤细胞效果（图3）。这种功能性 HPGS 被认为是理想的药物载体，可以用于持续释放药物治疗消化系统疾病，如炎症性肠病或胃肠癌。

图 3.  (a) 示意图显示了设计用于在癌细胞附近释放抗癌药物的 pH 响应多孔门控胶囊。(b) 微胶囊在不同时间点的 Dox 扩散测试照片。(c) 不同 pH 溶液中微胶囊中 Dox 的时间-释放曲线。插图显示了基于K-P释放模型的拟合直线。 (d, e)随时间推移的按需给药的曲线和图像。

该工作以“Ultrafast Laser-Ablated Bioinspired Hydrogel-Based Porous Gating System for Sustained Drug Release”为题发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。中国科学技术大学附属第一医院教授、博士生导师沈佐君和工程科学学院微纳米工程实验室博士后刘炳瑞是本文通讯作者，中国科学技术大学第一附属医院博士研究生张娟是第一作者。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c07319

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