近日，华东理工大学刘润辉教授团队在表面生物活化领域的研究中取得了新的进展，成果以“Universal and one-step modification to render diverse materials bioactivation”发表于国际知名期刊Journal of the American Chemical Society，论文第一作者为材料科学与工程学院博士后陈琦，刘润辉教授为通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金委、中国博士后科学基金会等基金的资助。

惰性材料VS活性材料

在生物材料的发展史上，一些材料被冠以“惰性材料”的名号，意指它们在生物体内或与生物体接触时表现出低反应性和生物相容性，如金属、惰性陶瓷等。

虽然这些材料在生物体内不会引起明显的免疫反应、毒性或其他不良反应，但植入后与细胞或组织的相互作用相对较弱，细胞可能无法有效粘附和分化，这可能导致植入物或组织工程构建物的功能受损；另一方面，细胞通过与材料表面的相互作用来感知和响应外部环境，较弱的相互作用，可能无法触发适当的免疫响应，从而导致材料被身体排斥或引发慢性炎症反应。为此，研究人员致力于开发能够促进生物材料与细胞或组织相互作用的方法，因而逐渐衍生出了生物活性材料。

“活性”意指材料对细胞或生物体表现出积极的影响力，如促进细胞生长、抗菌活性或骨组织再生能力，但也可以是消极的，如抑制肿瘤生长或减少炎症反应等。此外，“活性”一词强调了生物活性材料与生物体之间的相互作用和影响，这些材料通常是在其结构中引入特定的化学组分或功能基团引发特定的生物效应进而实现增强的活性。因此，通过调整材料的特定参数，如化学组成、物理结构和表面特性可间接调控材料的活性并实现所需的生物效应。

5分钟实现生物材料性能转变！

生物活性材料促进细胞黏附和新组织再生，有着重大的临床需求。通过分子修饰促进表面生物活化是生物惰性材料转变为生物活性材料的有效策略。现有的表面修饰方法通常不具有普适性，且存在步骤复杂和条件严苛等问题，但“一步法”实现通用材料表面的活性修饰仍是难题和挑战。因此，迫切需要找到一种通用的一步修饰策略来实现上述生物活性转化。

刘润辉课题组在前期研究中发现，一种受沙堡蠕虫启发的三肽可通过简单的一步修饰水凝胶进行功能化。这种三肽可以通过液相合成方便地大量制备，并可以引发多种类型的聚合。

刘润辉教授等研究人员设计合成三肽（丁二胺-多巴-赖氨酸-多巴，DbaYKY）为端基的促细胞黏附多肽或聚合物，可以通过一步简单的修饰构筑到各类材料表面，能够在仅5分钟的修饰时间内赋予表面细胞黏附特性，使生物惰性材料转变为生物活性材料。这一方法在组织工程修复材料和细胞芯片等生物材料领域具有广泛的应用。

研究中的三大要点

要点1.作者使用一种沙堡蠕虫仿生的粘合剂二丁基胺-DOPA-赖氨酸-DOPA(DbaYKY)三肽，它可以直接修饰惰性水凝胶以获得生物功能。进一步探讨了简单的三肽是否可以用于一步表面修饰，将生物惰性材料转化为生物活性材料。

要点2.作者使用细胞粘附性β-肽聚合物(DM-CP)和RGD肽来评估使用DbaYKY三肽的这种表面修饰策略的效果。DbaYKY三肽封端的RGD和DM-CP可以容易而稳定地修饰成不同的材料，可促进细胞粘附，而不会改变表面颜色，也不会影响蛋白质和大分子的非特异性表面结合。

要点3.该策略仅需5分钟，表面修饰就可以有效地使材料具有生物活性，可以实现复杂微流体传感器内部的功能化。此外，结构简单的DbaYKY三肽可以通过液相合成容易地大量制备，这表明这种生物激活策略在组织工程和芯片上的组织领域具有广泛的应用。

研究人员介绍

刘润辉教授担任材料科学与工程学院博士生导师，主攻模拟天然蛋白/多肽功能的高分子生物材料领域，近年来在高分子合成、细胞黏附功能生物材料及组织修复研究、抗肿瘤多肽研究等多个研究方向均取得突破性进展，近5年在国际知名期刊发表学术论文20余篇，其中包括多篇封面论文与高被引论文。

陈琦博士毕业于华东理工大学，现在材料科学与工程学院从事博士后研究工作，研究方向为生物材料表界面及组织工程修复。她前期深入探索并建立了普适性生物材料表面活性修饰方法，并且在此基础上设计发现了具有优异细胞黏附功能的β-氨基酸聚合物，对组织修复领域具有重要意义。获得2021年度博士后创新人才支持计划。

研究图文

图1. DbaYKY-(DM-CP)改性表面的表面表征。

图2. 生成生物活性材料表面的通用改性策略的特性。

图3. 通用的一步生物活性修饰赋予各种表面细胞粘附功能。

图4. 通用的一步生物活性修饰适用于微流体传感器的快速功能化。

该策略为材料提供了稳定的表面改性层，并且不会像广泛使用的聚多巴胺涂层那样引起表面颜色变化。可以赋予材料表面细胞粘附特性，而不必担心蛋白质和大分子的非特异性结合。这种通用的一步表面生物活化策略在植入式生物材料中有着广泛的应用。