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瞿金平院士華科大團隊 Small：基于弱離子交換的磁性微馬達集群用于可控藥物遞送與化療
2023-12-10  來源：高分子科技

  具有運動可控性和魯棒性的微納米馬達在細胞或分子尺度上的疾病診斷和治療中顯示出巨大的潛力。然而，由于尺寸的限制，通過單個微納馬達完成特殊任務(wù)（如運載貨物、光熱治療、催化等）仍然是一個挑戰(zhàn)。提高工作效率的方法之一是通過微納馬達間的局部物理相互作用，構(gòu)建具有協(xié)同作用的微納馬達集群。磁場和光提供了一種在空間和時間上控制微馬達集群的方法。光驅(qū)動和磁場驅(qū)動的微馬達集群都可以瞬間啟動和遠程關(guān)閉，這有利于在狹窄和密閉的空間對其進行遠程控制。然而，以往的自驅(qū)動系統(tǒng)通常是由剛性個體或功能單一的組裝單元(如TiO2和γ-Fe2O3顆粒)組成的，通常不能攜帶大量的藥物，也不能對周圍的微環(huán)境做出反應(yīng)。


  近日，華中科技大學化學與化工學院瞿金平院士/牛冉研究員團隊在《Small》雜志在線發(fā)表了題為“Weak Ion-exchange Based Magnetic Swarm for Targeted Drug Delivery and Chemotherapy”的研究文章。他們報道了一種具有高靈活性和多響應(yīng)性的磁性微馬達(MCIEX)集群，可以通過多模式可控轉(zhuǎn)換和運動來執(zhí)行受限環(huán)境下的藥物遞送任務(wù)。該系統(tǒng)基于具有離子交換能力的磁性微凝膠，可以響應(yīng)紫外光和交變磁場。在不同的外場刺激下，個體微馬達能夠呈現(xiàn)聚集、分散和滾動的動態(tài)運動等模式，依次觸發(fā)活性晶體、非晶玻璃、液體、鏈和輪狀等微結(jié)構(gòu)的形成。通過改變旋轉(zhuǎn)磁場的強度和頻率，可以對各種動態(tài)模式進行可逆變換。研究結(jié)果表明，該微馬達集群在狹窄、彎折或有障礙物的路徑中具有較高的適應(yīng)性和通過率。特別地，該研究中使用的微凝膠具有豐富的羧基，被稱為弱陽離子交換樹脂，可以用于pH響應(yīng)性藥物遞送治療。體外實驗表明，載藥微馬達集群的主動運動性能增強了其對癌細胞的殺滅效果。這項工作為癌癥治療提供了一個新的藥物遞送平臺。 


圖1. 基于弱離子交換誘導(dǎo)表面電滲透流及自組裝的磁性微馬達(MCIEX)。 


圖2. MCIEX微馬達個體和集群對紫外光的響應(yīng)。


圖3. MCIEX微馬達集群的磁性驅(qū)動與表征。


圖4. 由xy/xz旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動的MCIEX微馬達集群在復(fù)雜環(huán)境下的可控導(dǎo)航。


圖5.負載DOX的微馬達(MCIEX-DOX)增強對癌細胞(Hela和CT26)的殺滅效果。


  論文第一作者為華中科技大學化學與化工學院博士研究生馮凱，論文通訊作者為華中科技大學化學與化工學院牛冉研究員，論文作者還包括華中科技大學瞿金平院士，龔江教授以及Johannes Gutenberg-Universit?t Mainz的Thomas Palberg教授。該研究得到國家自然科學基金和華中科技大學人才引進啟動基金的資助。


  全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202306798


通訊作者簡介

牛冉，華中科技大學化學與化工學院研究員、博士生導(dǎo)師，主要研究領(lǐng)域為微納馬達和新能源材料。目前以第一或通訊作者身份在PRL、PNAS、Sci. Adv.、ACS Nano、Small、Chem. Eng. J.、J. Mater. Chem. A、Energy Environ. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces等具有重要影響力的國際刊物上發(fā)表SCI論文60余篇，獲授權(quán)專利5項，申請專利7項。主持承擔國家自然科學基金、重點研發(fā)計劃青年科學家項目、重點研發(fā)計劃子課題等國家和省部級科技項目多項，并獲得湖北省海外高層次人才計劃、武漢英才等多項榮譽獎勵。擔任Rare Metals期刊 (中科院1區(qū)，影響因子6.3), Exploration和Energy Materials期刊青年編委

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（責任編輯：xu）
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