天大团队研发完全有机光驱动纳米马达，将药物定向输送到肿瘤深处在自然界

在自然界，由蛋白等功能生物大分子组成的纳米尺寸的分子马达，可以将外部能量转变为机械能。生命体的很多功能行为，比如物质运输、肌肉收缩等，都可追溯到分子马达的推送作用。而最近几年，纳米技术的蓬勃发展为构建自推进人工纳米马达创造了便利条件。
在所有外界能量供应中，光能具有远距离无创穿透的特点，其可对人工纳米马达进行远程遥控以实现纳米药物在体内的定向运输。光吸收重金属，是常见的光热机理动力引擎，它可驱动纳米马达在溶液中热泳，因其运动机理与周围化学物质无关可广泛适用于多种复杂环境。
然而，不可降解的重金属纳米粒导致的生物安全性问题限制了其实际应用。基于此，天津大学化工学院高分子科学与工程系副教授闫熙博团队，在一项工作中利用具有光响应性能的偶氮苯基聚合物聚集体，作为光驱动有机高分子引擎，通过纳米沉淀技术将其和多种功能高分子进行纳米尺寸可控组装，制备出具有不对称形貌的有机高分子纳米马达，它具有生物相容性特点。
一方面，有机高分子引擎可通过光热转换为纳米马达的热泳提供动力；同时，光异构化内部质量迁移引起的形变可进一步促进马达推进，从而通过偶氮苯基聚合物引擎将光能转变为机械能，驱动纳米马达在溶液中定向运动。

文章图片
图|闫熙博（来源：闫熙博）
从应用上，这款完全有机的光驱动纳米马达，在紫外光遥控下有效穿透多重生理屏障，将抗癌药物定向输送到肿瘤组织内部，最终显著提高其抗癌活性。与常规纳米马达中高分子只作为光热重金属引擎的支撑结构不同的是，该纳米马达实现了和天然分子马达一样的能力——可通过功能高分子本身实现能量转换以驱动其运动，这为设计和构建多功能纳米马达提供了新思路。
近日，相关论文以《用于光驱动货物运输的偶氮苯聚合物引擎驱动的有机纳米马达》（Azobenzene-bearingpolymerenginepoweredorganicnanomotorsforlight-drivencargotransport）为题，发表在ChemicalEngineeringJournal上。

文章图片
图|相关论文（来源：ChemicalEngineeringJournal）
闫熙博表示：“有的审稿人对于我们提出的纳米沉淀制备方法印象深刻，评价称这是一个将不同结构和功能聚合物组装在一起的以制备不对称高分子纳米马达的非常便捷的方法。有的审稿人认为我们提出的具有光驱动运输能力的高分子纳米马达，将在生物体系中起到重要的作用。除此之外，审稿人在实验和表征方面的专业建议，对最终工作呈现也起到了很大的帮助作用。因此，我们团队非常感谢所有参与到我们文章评审的审稿人。 ”
据介绍，该研究是闫熙博回国入职天津大学后指导的第一个研究生的工作，从开始着手到最终发表论文总跨度大约两年。可以说是摸索着前进，最初的研究目的只是单纯地探索聚偶氮苯基聚合物的独特光响应性质，看是否能作为光响应动力供应组件驱动的纳米尺寸材料，从而在溶液中实现自主运动。这样探索的主要原因，是因为该聚合物引擎具有光热转换和光异构质量迁移两种有趣的能量供应模式。
因此，他们花了大量时间去探索每一种光响应性质对于其运动的贡献，最终发现直接光照这种最简单的模式，可以充分利用两种光响应性质，并实现高分子纳米马达的光驱动推进。
在完成这部分工作后，该团队其实已经准备发表论文。后来，他们和一些资深学者讨论后，大家一致认为这种有机高分子作为“引擎”的光热驱动有机纳米马达，在生物医药领域应用上会有很大优势。