科研進(jìn)展
蘭州化物所生物潤(rùn)滑材料研究系列進(jìn)展
生物潤(rùn)滑現(xiàn)象廣泛存在于關(guān)節(jié)軟骨、眼睛及黏膜等生命體系中，是維持組織長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和降低界面損傷的關(guān)鍵基礎(chǔ)。隨著人口老齡化加劇、高端醫(yī)療器械發(fā)展以及組織修復(fù)需求增長(zhǎng)，發(fā)展兼具低摩擦、長(zhǎng)效穩(wěn)定和生物活性的生物潤(rùn)滑材料已成為國(guó)際前沿研究熱點(diǎn)。圍繞生物潤(rùn)滑界面的分子設(shè)計(jì)、分子構(gòu)象及功能調(diào)控等核心科學(xué)問(wèn)題，深入揭示潤(rùn)滑分子、界面水化層與生物組織之間的相互作用規(guī)律，對(duì)于發(fā)展新型生物潤(rùn)滑理論、推動(dòng)高端生物醫(yī)用材料創(chuàng)新及生命健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。
近期，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所潤(rùn)滑材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李斌研究員及課題組成員在生物潤(rùn)滑材料研究方面取得系列進(jìn)展。
????1.仿生刷狀聚合物界面構(gòu)筑與功能化
圍繞仿生刷型界面的精準(zhǔn)構(gòu)建與性能調(diào)控，團(tuán)隊(duì)從合成方法學(xué)、功能定制到應(yīng)用開(kāi)展了系統(tǒng)研究。在基礎(chǔ)層面，發(fā)展了多種高效、溫和的表面引發(fā)聚合新策略，實(shí)現(xiàn)了聚合物刷在無(wú)機(jī)、有機(jī)及生物大分子表面的精準(zhǔn)接枝與結(jié)構(gòu)調(diào)控。在功能層面，將研究從單一的潤(rùn)滑與抗黏附拓展黏附–潤(rùn)滑一體化、抗污抗菌及生物活性界面等方向。在應(yīng)用層面，積極向生物潤(rùn)滑、組織/關(guān)節(jié)修復(fù)、細(xì)胞遞送界面等交叉領(lǐng)域延伸，構(gòu)建了以聚合物刷為平臺(tái)的界面材料體系，為新型生物潤(rùn)滑材料和智能表界面技術(shù)的發(fā)展提供了新思路。
2. 生物界面濕黏附與潤(rùn)滑材料
近年來(lái)，生物制造與蛋白基材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)正從“材料構(gòu)建”邁向“功能調(diào)控”。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將研究視野從合成高分子拓展至天然蛋白基材料，聚焦蛋白構(gòu)象演化與濕態(tài)界面黏附行為。探索了蛋白水凝膠與仿生界面濕黏附材料的設(shè)計(jì)與調(diào)控機(jī)制。構(gòu)建了纖維蛋白?葡聚糖復(fù)合水凝膠體系，實(shí)現(xiàn)了可編程力學(xué)性能、動(dòng)態(tài)濕黏附及抗炎功能。開(kāi)發(fā)了聚四氫嘧啶基濕黏附抗菌水凝膠，解決了復(fù)雜生理環(huán)境下的濕態(tài)黏附不足與感染反復(fù)問(wèn)題。在機(jī)制研究上，引入了激光光學(xué)鑷子等單分子力學(xué)與熒光技術(shù)，從分子尺度解析蛋白構(gòu)象變化對(duì)界面黏附、摩擦與潤(rùn)滑性能的影響，建立了蛋白構(gòu)象、界面作用與宏觀潤(rùn)滑性能的關(guān)聯(lián)模型。該研究有望從分子尺度原創(chuàng)性探究生物潤(rùn)滑起源，推動(dòng)生物潤(rùn)滑理論體系發(fā)展。
?3. 生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)備池計(jì)算與生物潤(rùn)滑動(dòng)態(tài)感知
生物潤(rùn)滑體系依賴于潤(rùn)滑素、糖蛋白、透明質(zhì)酸、磷脂等分子在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)同作用，其動(dòng)態(tài)行為受化學(xué)環(huán)境、機(jī)械載荷及組織微結(jié)構(gòu)等多因素耦合及非線性調(diào)控。針對(duì)這一復(fù)雜系統(tǒng)（“黑匣子”）的動(dòng)態(tài)解析與感知需求，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了基于酶反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的儲(chǔ)備池計(jì)算平臺(tái)。通過(guò)將葡萄糖氧化酶模塊與蛋白酶?肽反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)耦合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄糖濃度及時(shí)間變化（脈沖頻率、振幅）的非線性識(shí)別與分類。該體系具備時(shí)間響應(yīng)與模式分離能力，可感知?jiǎng)討B(tài)生理信號(hào)，有望為生物潤(rùn)滑狀態(tài)監(jiān)測(cè)、界面行為預(yù)測(cè)及智能潤(rùn)滑材料設(shè)計(jì)提供全新的計(jì)算框架?；谏鲜鲅芯?，團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)兼具潤(rùn)滑、抗菌、抗炎及治療功能一體化的仿生蛋白材料，并探索結(jié)合儲(chǔ)備池計(jì)算實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)潤(rùn)滑界面的可能性，為人工關(guān)節(jié)、軟骨修復(fù)及骨關(guān)節(jié)炎治療提供智能化新思路。
與化學(xué)合成潤(rùn)滑材料相比，生物制造以細(xì)胞、酶和生物大分子為核心生產(chǎn)單元，通過(guò)生物工程化設(shè)計(jì)與調(diào)控實(shí)現(xiàn)高性能材的綠色制造。通過(guò)后修飾材料功能化定制，有望突破復(fù)雜功能材料制備瓶頸，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑、黏附與修復(fù)的協(xié)同功能定制，推動(dòng)生物潤(rùn)滑、先進(jìn)材料、醫(yī)療健康等領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展。
上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院以及甘肅省政府的支持。
相關(guān)研究成果發(fā)表在：Angew. Chem. Int. Ed.（2026,?e22127）、Adv.?Sci.（2026, e75324）、Adv.?Funct. Mater.（2026, e28549）?、Nano?Lett.（2026, 26(10), 3309–3322）、Chem. Sci.（2026, 17, 2528–2534）(HOT?Article, Outside Front Cover)、Adv.?Funct. Mater.（2026, e76049）、Biomacromolecules（2026, 27(4), 2711–2722）、Adv. Funct. Mater.（2025, 35, 2423356）、Small Methods（2025, 9, 2500338）（Highlighted by Wiley MaterialsViews China, Inside Front Cover）、Prog. Polym. Sci.（2024, 157, 101888）、Nano Res.（2024, 17, 6443–6474）、Angew. Chem. Int. Ed.（2023, 62, e202219312）(Highly Cited Paper, Top Viewed Article)、Mater. Today Bio（2022, 15, 100323）等學(xué)術(shù)期刊上。
