南京林业大学黄超伯教授和哈佛医学院Y. Shrike Zhang教授团队《Small》: 一种新型颜色可调控编码微球的制备

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近年来，随着科学技术和贸易全球化的快速发展，各种假冒伪劣药品层出不穷，越来越先进的模仿技术常常使得消费者难辨真假，这不仅严重扰乱了药品正常的生产经营秩序，更严重威胁了消费者的生命健康安全。目前，基于各种新技术的微型条形码已经在信息存储、生物检测和药物防伪等领域中得到了广泛关注。值得注意的是，大多数条形码或防伪方法都会不可避免地使用化学光引发剂、交联剂、表面活性剂或美国食品和药物管理局（FDA）未经批准的聚合物，使得它们无法应用于药品和食品行业。因此，新型制备策略的提出以及在相关领域的应用仍然是一项挑战。

受传统二维码的启发，该工作创新性地提出了一种基于气体辅助、颜色可调控编码微球的制备方法，可制备多达10面的编码微球（图1）。该方法通过微流控技术和微加工手段，在微球的制备过程中可以精确地控制多面异向微球每个腔室的组成。基于这一性质，研究者首先利用含有两种不同荧光纳米粒子的预凝胶溶液来建立编码微球的概念，证明了制备编码微球的可行性（图2）。

图1 编码微球概念的示意图

图2 10面异向微球编码概念的提出

如图3所示，研究人员采用3种不同荧光纳米粒子的预凝胶溶液来程序化地调整10面微球每个腔室的颜色（通过三基色红、绿、蓝可构建出肉眼可识别的7种荧光编码基色）。同时，引入Fe₃O₄纳米粒子作为条形码的读取起点，对微球每个腔室进行颜色编码，从而构成了具有超强编码能力的微球。磁性纳米颗粒的引入不仅锁定了微球条形码读取的方向、方便编码信息的获取，而且进一步提高了信息的安全性。更重要的是，该研究通过使用FDA批准的、具有良好生物相容性的生物基材料构建出多颜色微球，进一步增加了微球条形码在食品药品行业中应用的可行性（图4）。

图3 基于三原色构建具有磁响应性10面编码微球（标尺均为400 μm）

图4 新型编码微球在药物防伪领域的潜在应用

综上所述，研究团队提出了制备药物编码防伪体系的新思路，开发了一种可编码、磁性可控的药品编码防伪技术，便于编码和信息读取，建立了简便、高效、可靠、安全，应用前景广阔的生物基编码微球防伪体系；由于采用了生物基材料，编码微球具有高度的生物相容性，可直接加入液体药物中，具有分离和读取方便等诸多优势。这些优异的性能表明，新型编码微球作为一种简便、通用的微标记物，在食品和药品行业的防伪领域具有广泛的应用前景。

相关成果发表在国际权威期刊Small（IF=10.85）上。论文的第一作者为南京林业大学和哈佛大学医学院联合培养博士生唐国胜，共同第一作者南京林业大学本科生陈龙，其它作者为哈佛大学医学院王子萱、南京林业大学高淑婷、曲清莉、比利时根特大学熊燃华博士、Stefaan C. De Smedt教授、Kevin Braeckmans教授，通讯作者为哈佛大学医学院Y. Shrike Zhang教授和南京林业大学化学工程学院黄超伯教授。南京林业大学部分研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、一流学科、江苏高校优势学科和南京林业大学优秀博士学位论文创新基金等项目的资助。

论文链接: 

https://doi.org/10.1002/smll.201907586

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