天大闫熙博副教授、郭锦棠教授和天津科大王帅副教授 CEJ：偶氮苯基聚合物引擎驱动的光响应有机纳米马达

2022-05-10 来源：高分子科技

光响应自推进高分子纳米马达，因高分子材料的生物相容性和光能的可远程无创穿透操作等优势，在生物医药领域受到了广泛的关注。然而，当前高分子在纳米马达中主要作为动力引擎的载体，马达运动主要由吸光重金属或光催化剂以不对称的方式负载于高分子纳米载体上以进行能量转换实现光热或光催化自推进。具有能量转换功能高分子引擎驱动的人造有机纳米马达的组装仍然具有极大的挑战。

近期，天津大学化工学院闫熙博副教授，郭锦棠教授和天津科技大学食品学院王帅副教授合作利用纳米沉淀技术将偶氮苯基高分子引擎和系列功能高分子载荷在纳米尺度可控组装为不对称光响应高分子纳米马达（图1）。在365 nm紫外光的照射下，偶氮苯基聚合物引擎快速驱动其在纳米马达内进行光异构质量迁移和光热转换，从而将光能高效转变为动能，运动过程受光能，马达形貌和负载刚性的影响。高分子纳米马达的运动主要由光热驱动主导其在溶液中热泳。由于纳米沉淀组装过程无需表面活性剂参与，偶氮苯基聚合物引擎可驱动纳米马达由球形向椭球形的光异构形变以一定程度降低阻力，从而进一步促进其运动（图2）。高分子纳米马达可在紫外光的遥控下穿透肿瘤组织中多重生理屏障从而显著提高其载药的抗癌效率，整个过程表现出良好的生物安全性，具有生物医药应用的潜力（图3）。这项工作实现了将光响应高分子作为动力引擎驱动纳米马达，为开发光控多功能纳米机器提供了新思路。该工作以“Azobenzene-bearing polymer engine powered organic nanomotors for light-driven cargo transport”为题发表在《Chem. Eng. J.》上（Chem Eng J 2022, 445, 136576）。文章共同第一作者是天津大学硕士研究生熊祥宇和天津科技大学硕士研究生黄兴。该研究得到了国家自然科学基金和天津市自然科学基金的支持。

图1. 纳米沉淀制备偶氮苯基聚合物引擎驱动光响应高分子纳米马达示意图及透射电镜照片（标尺是100 nm）

图2. 偶氮苯基聚合物引擎驱动光响应高分子纳米马达的光响应性质表征（A-C）和自推进运动表征（D-F）

图3. 偶氮苯基聚合物引擎驱动光响应高分子纳米马达的体外（A：HepG2细胞和B：HepG2肿瘤细胞球）和体内（C-D：小鼠实体瘤，C为无光照处理对照）肿瘤微环境渗透能力和载药抗癌治疗潜力（E-F，喜树碱大分子抗癌活性物质为高分子载荷）评估

该工作是闫熙博副教授课题组近期关于纳米沉淀精确组装智能高分子纳米材料的最新进展之一。具有能量转换能力的高分子组件因其结构灵活性赋予智能纳米材料表现出高度的功能可编程性和生物相容性，适合于生物医药领域的应用。在过去的两年中，课题组利用可放大的连续纳米沉淀技术制备了可编程光降解高分子引擎驱动的有机胶体马达，可实现在任务完成后纳米结构完全解体，从而降低纳米材料对环境和健康的潜在风险(Chem Eng J 2022, 440, 135838)；综述了纳米沉淀精确组装复杂形貌高分子纳米材料的进展（Prog Polym Sci 2021, 120, 101429; Adv Colloid Interface Sci 2021, 294, 102474）；最近，课题组通过纳米沉淀制备的近红外响应的半导体聚合物引擎驱动有机纳米机器，可在肿瘤微环境中远程编程操控，从而在温和光热温度下显著提高低剂量载药的抗癌效率(Small 2022, DOI: 10.1002/smll.202201525)。

相关链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472202071X?via%3Dihub

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（责任编辑：xu）

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