哈工大馬星/廈門大學鄢曉輝《ACS,Nano》,酶驅動多功能液態金屬生物醫用納米機器人

這種酶驅動液態金屬機器人的製備方法非常簡單。這種酶驅動液態金屬納米機器人可以集體沿著尿素的濃度梯度進行正趨化性運動,並在均勻的尿素溶液中通過擴散增强促進藥物遞送。

最近,哈爾濱工業大學(深圳)材料科學與工程系馬星教授和廈門大學鄢曉輝副教授領導的研究小組將液態金屬的生物醫學功能發揮到了極致,他們設計出了一種具有多種生物醫學功能的酶驅動液態金屬納米機器人,有著包括藥物載體、靶向增强藥物遞送、光響應變形、光熱製劑、醫學成像製劑五種生物功能模式,而以往將三種功能模式集合起來就會增强體系的複雜程度,同時可能對體系的生物相容性帶來負面影響。此外,可以通過超聲/光聲雙模態成像科技對這種液態金屬納米機器人的集羣運動在微流控通道和小鼠膀胱內布進行實时追跡和顯像。

▲圖:納米機器人的構築流程圖

這種酶驅動液態金屬機器人的製備方法非常簡單。他們採用超聲法在冰浴條件下對液態金屬(LM)塊體在多巴胺水溶液中進行超聲處理,將宏觀的LM液滴加工成微小的納米顆粒。此時,多巴胺分子通過其鄰苯二酚基團與LM納米液滴表面的氧化鎵發生螯合作用,形成多巴胺穩定的LM納米液滴(LM-DA)。繼續用Tris調節LM-DA水溶液的pH值至8.5,使LM納米液滴表面的多巴胺發生聚合反應,形成聚多巴胺保護層(LM@PDA)。之後,將抗生素通過靜電吸附和脲酶通過戊二醛作為連接分子同步負載到LM@PDA上獲得酶驅動多功能液態金屬納米機器人(LPCU)。

這種酶驅動液態金屬納米機器人可以集體沿著尿素的濃度梯度進行正趨化性運動,並在均勻的尿素溶液中通過擴散增强促進藥物遞送。

▲圖:尿素濃度依賴性的增强擴散行為

▲圖:靶向趨化性藥物遞送

液態金屬納米機器人在近紅外光觸發下會發生形變,實現從藥物載體到光熱製劑的功能模式轉變。變形過程中所獲得中間變形體表現出高效的光熱轉換效率,可用於協同光熱抗菌治療。

▲圖:光響應變形和光熱協同抗菌治療

▲圖:體內外動態醫學成像

同時,LM本征的超聲和光聲性質使納米機器人可以進行雙模態成像。通過兩種成像模式配合使用,在微流體容器模型中實現了對馬達載體的運動進行追跡和監控,同時也對雌性小鼠膀胱內的馬達載體進行了動態成像。

該研究的最大意義在於為設計構建通過催化分解生物原位可獲得的燃料進行自驅動,並具有多種治療和潜在診療功能的微納米馬達載體提供了新的思路。

參考文獻:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c01573

原文刊載於【高分子科學前沿】公眾號

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