哈工大贺强教授课题组《Adv. Mater.》综述：生物医用微纳米马达在克服生物屏障和体内成像的研究进展

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国内外诸多科幻电影和小说经常描绘微纳米马达被注射进入人体血液系统并自由航行，执行健康检查、疾病治疗、器官修复等各种复杂生物医学任务，已成为人们熟悉的场景。自1959年底美国科学家理查德费曼发表的著名演说“底部有很大空间”，指出这些可进入人体的微型机器可以通过“自下而上”的纳米加工技术制造以来，科研工作者一直梦想将科幻小说和电影中描绘的场景转变为现实应用。随着纳米科学与技术的快速发展，最近十多年来，科学家们运用‘自下而上’可控化学组装技术制造了各种能够将化学能或其它形式能量转化为自推进运动的微纳米马达。相比依赖于布朗运动实现被动扩散的传统胶体粒子或纳米载体，人造微纳米马达因其具有小尺度、自推进运动、自主导航、功能多样性等优点，有望克服现有胶体粒子或纳米载体遇到的难题而实现主动靶向药物递送，这已成为化学、物理、材料、机器人、生物医学等多学科交叉研究的前沿热点之一。

人造微纳米马达进入人体血液循环系统后，必须主动穿越体内各种生物屏障如血液污损、免疫清除、血管网络、血流、细胞膜等，才能够完成主动靶向药物递送、基因编辑和细胞治疗等任务。另一方面，原位实时定位是实现微纳米马达特别是外场驱动微纳米马达自寻的主动靶向的前提。自2010年以来，哈尔滨工业大学贺强教授研究团队选用各种天然或合成聚合物、小分子、磷脂、酶、纳米粒子等生物相容和可降解的组分为构筑基元，运用“自下而上”可控化学自组装技术批量制备了聚合物多层管状、盘状、花生状、螺旋状、烧瓶状及仿红细胞形等具有不对称结构，尺度从几十纳米到几个微米的新型微纳米马达，建立了集自驱动运动和智能载体等多种功能于一身的微纳米马达构筑新方法，阐明了低雷诺数下微纳米马达自推进运动的构效关系、物理化学机制及其集群运动调控规律，提出了微纳米马达的细胞膜伪装、热机械协同打开细胞膜以及基于视觉反馈路径规划的精准控制方法等重要研究成果。

最近，他们与马星课题组合作在《Advanced Materials》撰写邀请综述文章，从克服体内各种生物屏障和跨尺度活体成像的角度出发，总结了面向生物医学应用特别是主动靶向药物递送已取得的研究进展以及向医学应用临床转化亟待解决的难题。文章首先综述了近年来微纳米马达在克服调理素作用、免疫清除、血流、血脑屏障、细胞膜、粘液、胃酸和眼睛玻璃体屏障的策略，具有主动运动能力的微纳米马达表现出优异的克服生物屏障能力。其次，对荧光显微镜、核磁共振成像、放射性核素成像、超声影像和光声计算机断层扫描成像等跨尺度生物医学成像技术在微纳米马达体内外成像应用中的优缺点进行了总结和归纳。最后，作者对现阶段微纳米马达在生物医学应用中存在的限制和挑战进行了总结，着重提出了解决这些挑战的策略，为今后面向生物医学应用微纳米马达系统的设计和发展提供了新的思路。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000512

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