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天大閆熙博副教授、郭錦棠教授和天津科大王帥副教授 CEJ:偶氮苯基聚合物引擎驅動的光響應有機納米馬達
2022-05-10  來源:高分子科技

  光響應自推進高分子納米馬達,因高分子材料的生物相容性和光能的可遠程無創(chuàng)穿透操作等優(yōu)勢,在生物醫(yī)藥領域受到了廣泛的關注。然而,當前高分子在納米馬達中主要作為動力引擎的載體,馬達運動主要由吸光重金屬或光催化劑以不對稱的方式負載于高分子納米載體上以進行能量轉換實現(xiàn)光熱或光催化自推進。具有能量轉換功能高分子引擎驅動的人造有機納米馬達的組裝仍然具有極大的挑戰(zhàn)。


  近期,天津大學化工學院閆熙博副教授,郭錦棠教授和天津科技大學食品學院王帥副教授合作利用納米沉淀技術將偶氮苯基高分子引擎和系列功能高分子載荷在納米尺度可控組裝為不對稱光響應高分子納米馬達 (圖1)。在365 nm紫外光的照射下,偶氮苯基聚合物引擎快速驅動其在納米馬達內進行光異構質量遷移和光熱轉換,從而將光能高效轉變?yōu)閯幽,運動過程受光能,馬達形貌和負載剛性的影響。高分子納米馬達的運動主要由光熱驅動主導其在溶液中熱泳。由于納米沉淀組裝過程無需表面活性劑參與,偶氮苯基聚合物引擎可驅動納米馬達由球形向橢球形的光異構形變以一定程度降低阻力,從而進一步促進其運動 (圖2)。高分子納米馬達可在紫外光的遙控下穿透腫瘤組織中多重生理屏障從而顯著提高其載藥的抗癌效率,整個過程表現(xiàn)出良好的生物安全性,具有生物醫(yī)藥應用的潛力(圖3)。這項工作實現(xiàn)了將光響應高分子作為動力引擎驅動納米馬達,為開發(fā)光控多功能納米機器提供了新思路。該工作以“Azobenzene-bearing polymer engine powered organic nanomotors for light-driven cargo transport”為題發(fā)表在《Chem. Eng. J.》上(Chem Eng J 2022, 445, 136576)。文章共同第一作者是天津大學碩士研究生熊祥宇和天津科技大學碩士研究生黃興。該研究得到了國家自然科學基金和天津市自然科學基金的支持。


 

1納米沉淀制備偶氮苯基聚合物引擎驅動光響應高分子納米馬達示意圖及透射電鏡照片(標尺是100 nm 



2. 偶氮苯基聚合物引擎驅動光響應高分子納米馬達的光響應性質表征(A-C)和自推進運動表征(D-F 


 

3偶氮苯基聚合物引擎驅動光響應高分子納米馬達的體外(AHepG2細胞和BHepG2腫瘤細胞球)和體內(C-D:小鼠實體瘤,C為無光照處理對照)腫瘤微環(huán)境滲透能力和載藥抗癌治療潛力(E-F,喜樹堿大分子抗癌活性物質為高分子載荷)評估 


  該工作是閆熙博副教授課題組近期關于納米沉淀精確組裝智能高分子納米材料的最新進展之一。具有能量轉換能力的高分子組件因其結構靈活性賦予智能納米材料表現(xiàn)出高度的功能可編程性和生物相容性,適合于生物醫(yī)藥領域的應用。在過去的兩年中,課題組利用可放大的連續(xù)納米沉淀技術制備了可編程光降解高分子引擎驅動的有機膠體馬達,可實現(xiàn)在任務完成后納米結構完全解體,從而降低納米材料對環(huán)境和健康的潛在風險(Chem Eng J 2022, 440, 135838);綜述了納米沉淀精確組裝復雜形貌高分子納米材料的進展(Prog Polym Sci 2021, 120, 101429; Adv Colloid Interface Sci 2021, 294, 102474);最近,課題組通過納米沉淀制備的近紅外響應的半導體聚合物引擎驅動有機納米機器,可在腫瘤微環(huán)境中遠程編程操控,從而在溫和光熱溫度下顯著提高低劑量載藥的抗癌效率(Small 2022, DOI: 10.1002/smll.202201525)。


  相關鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472202071X?via%3Dihub 

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(責任編輯:xu)
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