南京大学附属鼓楼医院赵远锦教授/温州医科大学肖健教授：对自然界来源丰富、获取容易的天然花粉粒进行改性，制备具有空心结构和大孔表面的磁驱动无机微粒材料，用于油水分离和血脂吸附。该工艺得到的吸附剂表现出两亲性特质，且表面孔隙率较高、生物相容性显著，具备对血液中低密度脂蛋白的出色吸附能力，为环境油污处理和高脂血症的治疗提供了新的解决策略。

01、研究内容简介

对全世界而言，心血管疾病 (CVD) 仍是引起死亡和发病的主要原因，血脂异常是CVD发生发展过程中最重要的致病性危险因素之一。其中，血液中低密度脂蛋白（LDL）水平的升高是疾病的关键征兆。目前，除饮食和药物治疗外，基于物理吸附的LDL血浆置换术已成为最快速有效降低LDL水平的手段。至今已开发出多种油水分离材料，能够从复杂的水油混合物（不混溶的共混物或乳液）中吸附油污、有机溶剂和过剩脂质。其中，合成多孔材料，例如气凝胶（例如石墨烯海绵和碳纳米管海绵）表现出了对油污脂质出色的吸附力，但有毒的前体和中间产物、昂贵的原材料和繁琐的制备步骤极大地阻碍了其大规模生产和实际应用。为克服这些限制，多种天然吸附剂（如膨胀珍珠岩，沸石和多孔生物质）不断被开发利用。然而，这些材料仍然面临油水选择性低，吸附能力不足和可回收性差的难题，同时材料的散装使用妨碍了其运动行为和吸附过程。这些缺点以及较差的生物相容性，使得当前的吸附剂材料在生物医学应用场景中无法大展身手。因此，迫切需要开发一种获取容易且低成本的多孔吸附材料，以有效地分离血脂。

Fig. 1. Schemes of the process of a simulative low-density lipoprotein (LDL) -apheresis apparatus with calcined pollen grains (CPGs) used as the adsorbents.

本研究采用自然界中广泛分布的天然生物质，葵花花粉作为基材（Fig. 1），经过简单的煅烧预处理过程后，赋予其表面大孔和内部空心的特殊结构。所得无机大孔颗粒用磁性纳米粒子修饰后，容易在磁场作用下实现运动与分离，因此便于进一步重复使用（Fig. 2）。

Fig. 2. (a-c) SEM images of (a) the CPGs exhibiting their highly porous morphologies at the surface, (b) a central hollow cavity inside, and (c) the CPGs adsorbed with Fe3O4 nanoparticles. (d) EDS of the CPGs and their atomic concentrations. (e) Mercury injection curve and the corresponding pore size distribution curve of the CPGs, showing a well-defined characteristic pore size of 0.5-3 μm. (f) The EDS curves showing variations on Fe counts in the CPGs after adsorbing Fe3O4 nanoparticles. The insets showed strong magnetic responsiveness of the CPGs with Fe3O4 nanoparticles deposited. The pollen grains were dispersed in the solution and then collected to one side of a vial by a magnet. Scale bars are 1.5 μm in (a-c) and 4 cm in (f).

值得一提的是，上述所得的煅烧花粉粒（CPG）是两亲性的（Fig. 3），可以直接用于吸收血液中多余的脂质。为了使CPG具有更全面实用的浸润性，用十八烷基三氯硅烷（OTS）在CPG表面接枝疏水基团，得到疏水性得到极大增强的花粉粒（HPG）。

Fig. 3. Water and oil contact angle measurements of the CPGs and HPGs. (a) The CPGs have a hydrophilic surface and can be wetted by water droplets. (b) The image showing the water droplet immediately penetrated the CPGs layer. (c-f) Photographs of the magnetic CPGs absorbed with Fe3O4 nanoparticles and their state of being wetted by (c) deionized water, and (e) diiodomethane. The corresponding (d) WCA value was 10.76°, and the (f) OCA value was 19.75°. (g, h) After treatment with OTS, the resultant HPGs become hydrophobic with an WCA value of 147.07°. (i-l) Pictures showing the CPGs’ amphipathic performance. (i, j) The upper layer was red-dyed n-hexadecane and the lower layer was deionized water. (k, l) The upper layer was deionized water and the lower layer was a red-dyed chloroform. The arrows indicated the location of the CPGs. The scale bars are 1 cm in (a, c, e, and g).

进一步验证HPG的吸油效果，将其投放至表面漂浮有红色正十六烷溶液的水面上。可观察到有机溶剂聚集在HPG颗粒周围并逐渐被吸收至颜色消失，过程持续约30秒（Fig. 4）。由于磁性纳米粒子的存在，可利用外部磁铁对HPG的位置和运动实施控制，达到收集回收的目的。同样，HPG对多种油和有机溶剂有较好的吸附能力，因此可用于处理含油废水，去除机械残留，清洁厨房油脂等。另外，该颗粒具有出色的稳定性和持久的使用寿命，在避免二次污染的同时能够大量节约成本。

Fig. 4. (a-f) Photographs illustrating the adsorption stages of n-Hexadecane (red-dyed by Sudan Ⅲ) floating on the water surface by using HPGs. The adsorbed n-Hexadecane-HPGs complexes could be controllably dragged to one side with an external magnet. (g) Absorption capacities of HPGs for typical oils and organic solvents, including diesel, blend oil, peanut oil, and hexadecane, acetone, dichloromethane, respectively.

低密度脂蛋白LDL是人类血浆胆固醇的主要载体，并且是动脉粥样硬化发展的关键因素之一。LDL血浆置换术已被证实可有效治疗家族性高脂血症患者以及饮食或药物治疗无效人群。将CPG颗粒作为吸附剂装载到模拟吸附柱和血液灌流芯片中，直接用于去除血浆中的LDL，表现出较高的吸附量（Fig. 5）。抗凝和血小板粘附实验验证了CPG的良好生物相容性，因此这种新型基于天然花粉的磁性多孔颗粒有望用于血浆置换术以实现血脂吸附以及其他相关的生物医学应用中。

Fig. 5. CPGs for the LDL adsorption in plasma. (a) The time-dependent static adsorption curve illustrating the adsorption capacity of CPGs for TG, TC, LDL, and HDL in hyperlipidemia plasma. (b) The dynamic adsorption test conducted in a hemoperfusion chip. The arrows indicated the inlet, outlet of the chip, and the direction of liquid flow. (c) The simulative hemoperfusion column for LDL adsorption. (d) The dynamic adsorption graph for LDL, HDL, TG, and TC removal by CPGs in five cycles. Scale bars are 1 cm in (b), and 2 cm in (c).

02、论文第一/通讯作者简介

赵远锦

南京大学/鼓楼医院教授，博士生导师，科技部重点专项首席科学家，国家“万人计划”科技领军人才，国家优青，江苏省杰青，英国皇家化学会(RSC) Fellow。现在的主要研究方向有生物材料与组织工程、人造器官与仿生器官芯片、微流控等。已发表SCI论文247篇，其中96篇发表于IF大于10的国际权威期刊，论文IF之和大于2500，被引用9200余次（H因子为49）；第一作者/通讯作者论文包括7篇Nature / Science子刊、5篇PNAS、以及19篇IF大于20的论文等；研究成果共申请专利118项，获授权50项，转让2项。先后获得“中国化学会青年化学奖”、“中国新锐科技人物”、以及“中国化学会-杰出青年科学家”等奖项。

肖健

温州医科大学药学院教授，博导，国家优青。主要从事生长因子与组织修复的基础理论和临床应用研究。近年先后承担并顺利完成国家自然科学基金(主持4项)、国家“973”计划子课题、国家新药创制重大专项等项目。以第一和通讯作者在Biomaterials、J Control Release、ACS Appl Mater Interfaces, J Neurotrauma等发表相关SCI论文85篇，被Neuron等杂志论文他引1700余次。参与获得2015年国家科技进步一等奖，2018年国家科技进步二等奖。

03、资助信息

该研究得到了国家重点研发计划（2020YFA0908200），国家自然科学基金（52073060，22002018，81800567，61927805），江苏省自然科学基金（BE2018707），复旦大学启动经费（JIH1340032，JIH1340038）和附属中山徐汇医院启动经费（KJK04202000021）的支持。

04、原文信息

Yuetong Wang, Lingyu Sun, Jiahui Guo, Keqing Shi, Luoran Shang*, Jian Xiao*, Yuanjin Zhao*. 

Pollens derived magnetic porous particles for adsorption of low-density lipoprotein from plasma. 

Bioactive Materials 2021, 6, 6, 1555-1562.