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    哈工大賀強教授課題組《Adv. Mater.》綜述:生物醫用微納米馬達在克服生物屏障和體內成像的研究進展
    2020-06-28  來源:高分子科技

      國內外諸多科幻電影和小說經常描繪微納米馬達被注射進入人體血液系統并自由航行,執行健康檢查、疾病治療、器官修復等各種復雜生物醫學任務,已成為人們熟悉的場景。自1959年底美國科學家理查德費曼發表的著名演說“底部有很大空間”,指出這些可進入人體的微型機器可以通過“自下而上”的納米加工技術制造以來,科研工作者一直夢想將科幻小說和電影中描繪的場景轉變為現實應用。隨著納米科學與技術的快速發展,最近十多年來,科學家們運用‘自下而上’可控化學組裝技術制造了各種能夠將化學能或其它形式能量轉化為自推進運動的微納米馬達。相比依賴于布朗運動實現被動擴散的傳統膠體粒子或納米載體,人造微納米馬達因其具有小尺度、自推進運動、自主導航、功能多樣性等優點,有望克服現有膠體粒子或納米載體遇到的難題而實現主動靶向藥物遞送,這已成為化學、物理、材料、機器人、生物醫學等多學科交叉研究的前沿熱點之一。


      人造微納米馬達進入人體血液循環系統后,必須主動穿越體內各種生物屏障如血液污損、免疫清除、血管網絡、血流、細胞膜等,才能夠完成主動靶向藥物遞送、基因編輯和細胞治療等任務。另一方面,原位實時定位是實現微納米馬達特別是外場驅動微納米馬達自尋的主動靶向的前提。自2010年以來,哈爾濱工業大學賀強教授研究團隊選用各種天然或合成聚合物、小分子、磷脂、酶、納米粒子等生物相容和可降解的組分為構筑基元,運用“自下而上”可控化學自組裝技術批量制備了聚合物多層管狀、盤狀、花生狀、螺旋狀、燒瓶狀及仿紅細胞形等具有不對稱結構,尺度從幾十納米到幾個微米的新型微納米馬達,建立了集自驅動運動和智能載體等多種功能于一身的微納米馬達構筑新方法,闡明了低雷諾數下微納米馬達自推進運動的構效關系、物理化學機制及其集群運動調控規律,提出了微納米馬達的細胞膜偽裝、熱機械協同打開細胞膜以及基于視覺反饋路徑規劃的精準控制方法等重要研究成果。



      最近,他們與馬星課題組合作在《Advanced Materials》撰寫邀請綜述文章,從克服體內各種生物屏障和跨尺度活體成像的角度出發,總結了面向生物醫學應用特別是主動靶向藥物遞送已取得的研究進展以及向醫學應用臨床轉化亟待解決的難題。文章首先綜述了近年來微納米馬達在克服調理素作用、免疫清除、血流、血腦屏障、細胞膜、粘液、胃酸和眼睛玻璃體屏障的策略,具有主動運動能力的微納米馬達表現出優異的克服生物屏障能力。其次,對熒光顯微鏡、核磁共振成像、放射性核素成像、超聲影像和光聲計算機斷層掃描成像等跨尺度生物醫學成像技術在微納米馬達體內外成像應用中的優缺點進行了總結和歸納。最后,作者對現階段微納米馬達在生物醫學應用中存在的限制和挑戰進行了總結,著重提出了解決這些挑戰的策略,為今后面向生物醫學應用微納米馬達系統的設計和發展提供了新的思路。


      原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000512

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