科研進展
蘭州化物所生物潤滑材料研究系列進展
生物潤滑現象廣泛存在于關節(jié)軟骨、眼睛及黏膜等生命體系中，是維持組織長期穩(wěn)定運行和降低界面損傷的關鍵基礎。隨著人口老齡化加劇、高端醫(yī)療器械發(fā)展以及組織修復需求增長，發(fā)展兼具低摩擦、長效穩(wěn)定和生物活性的生物潤滑材料已成為國際前沿研究熱點。圍繞生物潤滑界面的分子設計、分子構象及功能調控等核心科學問題，深入揭示潤滑分子、界面水化層與生物組織之間的相互作用規(guī)律，對于發(fā)展新型生物潤滑理論、推動高端生物醫(yī)用材料創(chuàng)新及生命健康產業(yè)發(fā)展具有重要意義。
近期，中國科學院蘭州化學物理研究所潤滑材料全國重點實驗室李斌研究員及課題組成員在生物潤滑材料研究方面取得系列進展。
????1.仿生刷狀聚合物界面構筑與功能化
圍繞仿生刷型界面的精準構建與性能調控，團隊從合成方法學、功能定制到應用開展了系統(tǒng)研究。在基礎層面，發(fā)展了多種高效、溫和的表面引發(fā)聚合新策略，實現了聚合物刷在無機、有機及生物大分子表面的精準接枝與結構調控。在功能層面，將研究從單一的潤滑與抗黏附拓展黏附–潤滑一體化、抗污抗菌及生物活性界面等方向。在應用層面，積極向生物潤滑、組織/關節(jié)修復、細胞遞送界面等交叉領域延伸，構建了以聚合物刷為平臺的界面材料體系，為新型生物潤滑材料和智能表界面技術的發(fā)展提供了新思路。
2. 生物界面濕黏附與潤滑材料
近年來，生物制造與蛋白基材料領域的研究重點正從“材料構建”邁向“功能調控”。團隊進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計與調控機制。構建了纖維蛋白?葡聚糖復合水凝膠體系，實現了可編程力學性能、動態(tài)濕黏附及抗炎功能。開發(fā)了聚四氫嘧啶基濕黏附抗菌水凝膠，解決了復雜生理環(huán)境下的濕態(tài)黏附不足與感染反復問題。在機制研究上，引入了激光光學鑷子等單分子力學與熒光技術，從分子尺度解析蛋白構象變化對界面黏附、摩擦與潤滑性能的影響，建立了蛋白構象、界面作用與宏觀潤滑性能的關聯(lián)模型。該研究有望從分子尺度原創(chuàng)性探究生物潤滑起源，推動生物潤滑理論體系發(fā)展。
?3. 生化反應網絡儲備池計算與生物潤滑動態(tài)感知
生物潤滑體系依賴于潤滑素、糖蛋白、透明質酸、磷脂等分子在動態(tài)網絡中的協(xié)同作用，其動態(tài)行為受化學環(huán)境、機械載荷及組織微結構等多因素耦合及非線性調控。針對這一復雜系統(tǒng)（“黑匣子”）的動態(tài)解析與感知需求，團隊構建了基于酶反應網絡的儲備池計算平臺。通過將葡萄糖氧化酶模塊與蛋白酶?肽反應網絡耦合，實現了對葡萄糖濃度及時間變化（脈沖頻率、振幅）的非線性識別與分類。該體系具備時間響應與模式分離能力，可感知動態(tài)生理信號，有望為生物潤滑狀態(tài)監(jiān)測、界面行為預測及智能潤滑材料設計提供全新的計算框架?；谏鲜鲅芯?，團隊正在開發(fā)兼具潤滑、抗菌、抗炎及治療功能一體化的仿生蛋白材料，并探索結合儲備池計算實現自適應潤滑界面的可能性，為人工關節(jié)、軟骨修復及骨關節(jié)炎治療提供智能化新思路。
與化學合成潤滑材料相比，生物制造以細胞、酶和生物大分子為核心生產單元，通過生物工程化設計與調控實現高性能材的綠色制造。通過后修飾材料功能化定制，有望突破復雜功能材料制備瓶頸，實現潤滑、黏附與修復的協(xié)同功能定制，推動生物潤滑、先進材料、醫(yī)療健康等領域創(chuàng)新發(fā)展。
上述研究工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院以及甘肅省政府的支持。
相關研究成果發(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）等學術期刊上。
