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瞿金平院士華科大團(tuán)隊(duì) Small：基于弱離子交換的磁性微馬達(dá)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(yùn)動(dòng)可控性和魯棒性的微納米馬達(dá)在細(xì)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(gè)微納馬達(dá)完成特殊任務(wù)（如運(yùn)載貨物、光熱治療、催化等）仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。提高工作效率的方法之一是通過微納馬達(dá)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(dá)集群。磁場(chǎng)和光提供了一種在空間和時(shí)間上控制微馬達(dá)集群的方法。光驅(qū)動(dòng)和磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的微馬達(dá)集群都可以瞬間啟動(dòng)和遠(yuǎn)程關(guān)閉，這有利于在狹窄和密閉的空間對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。然而，以往的自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常是由剛性個(gè)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(duì)周圍的微環(huán)境做出反應(yīng)。


  近日，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院瞿金平院士/牛冉研究員團(tuán)隊(duì)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(bào)道了一種具有高靈活性和多響應(yīng)性的磁性微馬達(dá)(MCIEX)集群，可以通過多模式可控轉(zhuǎn)換和運(yùn)動(dòng)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(chǎng)。在不同的外場(chǎng)刺激下，個(gè)體微馬達(dá)能夠呈現(xiàn)聚集、分散和滾動(dòng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)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(chǎng)的強(qiáng)度和頻率，可以對(duì)各種動(dòng)態(tài)模式進(jìn)行可逆變換。研究結(jié)果表明，該微馬達(dá)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(shí)驗(yàn)表明，載藥微馬達(dá)集群的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)性能增強(qiáng)了其對(duì)癌細(xì)胞的殺滅效果。這項(xiàng)工作為癌癥治療提供了一個(gè)新的藥物遞送平臺(tái)。 


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(dá)(MCIEX)。 


圖2. MCIEX微馬達(dá)個(gè)體和集群對(duì)紫外光的響應(yīng)。


圖3. MCIEX微馬達(dá)集群的磁性驅(qū)動(dòng)與表征。


圖4. 由xy/xz旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的MCIEX微馬達(dá)集群在復(fù)雜環(huán)境下的可控導(dǎo)航。


圖5.負(fù)載DOX的微馬達(dá)(MCIEX-DOX)增強(qiáng)對(duì)癌細(xì)胞(Hela和CT26)的殺滅效果。


  論文第一作者為華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士研究生馮凱，論文通訊作者為華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院牛冉研究員，論文作者還包括華中科技大學(xué)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(xué)基金和華中科技大學(xué)人才引進(jìn)啟動(dòng)基金的資助。


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


通訊作者簡(jiǎn)介

牛冉，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院研究員、博士生導(dǎo)師，主要研究領(lǐng)域?yàn)槲⒓{馬達(dá)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(xiàng)，申請(qǐng)專利7項(xiàng)。主持承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題等國家和省部級(jí)科技項(xiàng)目多項(xiàng)，并獲得湖北省海外高層次人才計(jì)劃、武漢英才等多項(xiàng)榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)。擔(dān)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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