教师风采丨陈云华——勤思精研探究超分子生物水凝胶！

  陈云华，2013年毕业于英国华威大学化学专业，获得博士学位；2013-2015年在华威大学进行博士后工作。2015年加入国家人体组织功能重建工程技术研究中心，现任材料科学与工程学院副研究员，博士生导师，2021级研究生班主任。

  主要从事生物医用超分子水凝胶材料的研究，以通讯/第一作者在Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Biomaterials、Nano Today等期刊发表论文50余篇，ESI高被引论文3篇，他引2800余次，H-index 32。申请/授权中国发明专利20项。多个研究工作被Chem. Rev.、Adv. Mater.等期刊结合图文重点评述。先后主持国家自然科学基金（面上及青年）、国家重点研发计划项目子课题、广东省自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目11项，参与国家重点研发计划、国家自然科学基金、广州市重点领域研究计划项目4项。兼任中国医药生物技术协会3D打印技术分会委员及材料学组委员，广东省生物医学工程学会生物3D打印与组织再生分会委员，担任国家自然科学基金、广东省科技计划、陕西省科技计划、捷克国家科学基金项目通讯评审专家、SCI期刊Gels客座编辑等。

  （1）通过精确分子设计合成，基于多重氢键、主客体化学的超分子自组装，发展了一系列动态水凝胶，实现了超分子水凝胶的可注射性、自愈合性、组织粘附功能的响应性动态调控。

  传统水凝胶多为化学交联的静态网络，在遭到破坏后没办法恢复其力学性能，极大限制了水凝胶的常规使用的寿命，同时在生物医学应用方面也难以仿生天然细胞外基质动态特性。不同于化学交联机制，物理交联的水凝胶则能利用聚合物分子间物理相互作用，包括氢键、主客体及疏水作用等实现交联网络动态可逆。然而，目前大部分可逆动态网络的构建通常涉及了较复杂的多组分合成，同时传统水凝胶大多缺乏组织粘附性，易引起水凝胶偏移甚至脱离目标部位，影响组织修复效果。因此，如何通过简单分子设计、合成，精准调控水凝胶的动态力学特性，成为了研究的焦点。针对这一核心问题，利用多重氢键、主客体等超分子自组装策略，发展了自愈合动态水凝胶体系，实现了超分子水凝胶粘附性、可注射性等的响应性动态调控，为干细胞递送、组织修复等生物医学应用奠定了一定基础。

  利用UPy功能单体直接与亲水性聚乙二醇大分子单体进行RAFT无规共聚，制备了含UPy官能团、聚乙二醇侧链的无规共聚物，基于聚合物链间及链内的UPy四重氢键自组装，该超分子聚合物展示出优异的自愈合及表面粘附性能。这类UPy功能单体还可与温敏单体共聚，原位构建刺激响应性超分子水凝胶粘合剂，实现粘附以及自愈合性能的动态可逆调控。首次发现羧基与乙氧基官能团间的协同弱氢键相互作用可构建刺激响应粘性水凝胶。通过甲基丙烯酸与聚乙二醇甲基丙烯酸酯单体的一步自由基共聚，形成的水凝胶具备优秀能力的自愈合以及粘附性能，还能够通过pH、组分比例灵活调控其力学强度及自愈合性，并可以有效的进行仿生矿化、调控干细胞黏附生长。利用可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合方法，制备了包含UPy官能团以及温敏疏水链段的新型ABA型三嵌段共聚物。该聚合物溶于水后，有着非常明显温敏溶胶-凝胶特性，形成的水凝胶具备优秀能力的自愈合以及可注射性，并在注射挤压下能够有效保护间充质干细胞，（Y. Chen* et al, Small Sci. 2023, 2300044、ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 6486-6498、Chem. Eng. J. 2022, 429, 132200、Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2055-2060、J. Colloid Interface Sci. 2018, 513, 314-323、J. Mater. Chem. A 2018, 6, 16838-16843、Biomacromolecules 2018, 19, 1939-1949、J. Mater. Chem. A 2017, 5, 18442-18447、ACS Macro Lett. 2017, 6, 641-646）。

  （2）提出超分子胶体稳定高内相乳液模板策略，同步实现了水凝胶多孔结构的快速构建及其界面的生物功能化

  大多数水凝胶注射体内后形成的是相对密实的本体结构（纳米尺度网络），周围环境中的营养的东西、氧气难以快速扩散进入凝胶，影响干细胞长期存活。同时，密实结构会极大程度限制干细胞以及周围主体组织细胞的迁移、交流。在水凝胶中构建合适的连通多孔结构可有效加快营养、氧气、细胞分泌因子的扩散，促进细胞增殖、迁移，以及周围组织的长入与融合。目前水凝胶支架的造孔方法主要有粒子模板法、冷冻干燥、静电纺丝等。这一些方法各有优缺点，比如冷冻干燥法简单易操作，但是孔结构对冷冻过程非常敏感，孔径大小很难控制，而且由于界面张力作用，外表面很容易成膜造成闭孔结构。针对这一问题，申请人创新性利用超分子胶体稳定高内相乳液策略，同步实现了复合水凝胶内部多孔结构的快速构建及界面功能化。高内相乳液模板通用性强、简单易操作，可在数分钟内构建多孔结构，而且通过水油比例、稳定剂浓度、剪切速率等参数可灵活调控材料的孔径、孔隙率及孔连通性；功能性超分子胶体粒子在乳滴界面富集组装，可赋予乳液及水凝胶体系功能化孔表/界面，实现其微观结构及功能调控。乳液凝胶可表现出良好的3D打印成形性，构建多级孔结构，调控细胞行为，（Y. Chen* et al, Chem. Eng. J. 2022, 429, 132200、J. Colloid Interface Sci. 2022, 628, 574-587、Macromol. Biosci. 2022, 2100491、J. Mater. Chem. A 2021, 9, 25982-25998、Biomater. Sci. 2020, 8, 6957-6968、Carbohydr. Polym. 2019, 224, 115202、Macromol. Chem. Phys. 2019, 220, 1800500）。

  (3) 建立了超分子水凝胶材料与干细胞三维培养、功能介导以及组织再生的正反馈体系，实现了干细胞在体内的高效递送及存留，促进了伤口愈合及骨/软骨、胃等组织的高质量再生修复。

  针对创伤修复及组织再生领域的重大需求，利用分子修饰、药物局部按需释放等手段，赋予了超分子水凝胶材料生物多功能响应性。合成了系列超分子水凝胶材料并应用于组织微环境调控与再生修复。例如，利用儿茶酚基团与抗菌肽接枝GelMA分子链，同时负载钙离子，通过逐步旋涂以及紫外光交联方法，申请人将超分子水凝胶纳米薄膜与聚己内酯薄膜有机耦合，构建了水凝胶双层复合纳米膜。该柔性纳米膜具有较高力学强度，借助儿茶酚与生物组织间氢键及疏水超分子相互作用，纳米膜可在湿润环境下粘附于不规则的组织表面，释放的钙离子则可以在一定程度上完成快速止血功能，同时纳米膜表面的抗菌肽实现高效杀菌，从而促进伤口快速愈合及皮肤组织再生修复。以DNA分子为构筑基体，结合甲基丙烯酸酯明胶与纳米粘土之间的多重物理/化学交联，发展了纳米复合 DNA 超分子水凝胶粘合剂，其拥有非常良好的动态力学性能、粘附性能和凝血性能，可实现胃穿孔伤口的快速止血与密封，有效促进胃伤口愈合，（Y. Chen* et al, ACS Nano 2023, 17, 17131、Biomaterials 2023, 300, 122200、Nano Today 2023, 50, 101825、Bioact. Mater. 2023, 21, 97-109、Biomaterials 2020, 252, 120018、Chem. Eng. J. 2020, 398, 125617、Smart Mater. Med. 2021, 2, 172-181、ACS Biomater. Sci. Eng. 2022, 8, 2076-2087、J. Mater. Chem. B, 2019, 7, 6705-6736）。

  在过去的求学生涯中，遇见的每一个导师都对陈云华老师有着深厚的影响。导师们工作风格各有特点，但他们都以高尚的道德情操、深厚的学术功底、优秀的科研习惯以及对学生的关心培养，深刻影响他。陈云华老师从始至终坚持立德树人的责任，鼓励学生立足兴趣、积极探索。目前已培养/协助培养研究生9人，指导学生5人获国家奖学金，2人在国外著名大学攻读博士学位，2人在国内重点大学、医院从事科研教学工作，部分毕业研究生进入迈瑞医疗、健帆生物、比亚迪等国内有名的公司工作。