pH响应多泳力驱动的核@卫星状Janus纳米马达

自然界中存在多种高效的生物马达，利用化学能完成细胞分裂、DNA转录、蛋白质合成以及细胞迁移等复杂的生命活动。受自然界启发制备而成的人工微纳米马达能够从环境周围或外界施加的声光电磁场中吸收能量并将其转化为动能，从而实现化学能或外场驱动的自主运动。人工微纳米独特的运动特性使其在生物传感、环境治理、药物靶向运输和疾病诊断等领域有着重要应用。

由于实际的应用环境通常比较复杂，特别是在生物体内应用，单一驱动机理的人工微纳米马达或许难以像生物体那样高效运动。为此科学家们研发了各种各样的混合驱动的人工马达，通过不同驱动机理的协同作用控制人工马达的运动速率和方向。然而，这些马达多数不具备生理刺激导致的多泳力转变，限制了其在生物医学领域的广泛应用。因此，发展响应性的多泳力驱动人工纳米马达具有重要意义。

最近，北京科技大学生物工程与传感技术研究中心张学记（点击查看介绍）团队的杜鑫教授（点击查看介绍）以及澳大利亚纽卡斯尔大学的马天翼博士（点击查看介绍）合作报道了一种通过在以铜离子连接的介孔二氧化硅@金纳米粒子表面沉积铂制备而成的核@卫星状Janus纳米马达，并对其在弱酸性过氧化氢溶液中的结构变化和驱动行为进行了研究。

研究人员发现金属铂在沉积时会优先附着在介孔二氧化硅的表面而不会于金纳米粒子接触，这使得该马达在初始加入过氧化氢溶液时以自扩散泳驱动机理进行运动。运动过程中，过氧化氢溶液的弱酸性会促使金纳米粒子从二氧化硅表面脱落，而一部分脱落的金纳米粒子会于表面剩余的金纳米粒子发生重新组装形成较大尺寸的金纳米粒子聚集体。金纳米粒子聚集体和铂金属层接触会触发过氧化氢的电化学分解，使其在低浓度过氧化氢环境下以自电泳驱动的方式维持较为明显的运动。

随着过氧化氢的逐步分解，体系的pH逐渐升高，金纳米粒子的脱落被显著抑制，从而使得金聚集体不对称的保留在介孔二氧化硅粒子上。金纳米粒子的聚集可以大幅增强其光热效果。在670 nm的激光照射下，在重构后的马达周围形成不对称的热分布，其能够产生远大于初始状态纳米马达的热泳力，从而驱动自身以自热泳的机理运动。在没有靶向修饰的情况下，自热泳驱动可以在单位时间内提高纳米马达黏附细胞膜表面的数量。这种pH响应的多泳力驱动的核@卫星状纳米马达未来可以与药物的响应性释放相结合，通过进一步提高其结构重构的可控性实现高效的纳米治疗。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是北京科技大学博士研究生邢义，通讯作者为张学记教授和杜鑫教授、马天翼博士。

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Core@Satellite Janus Nanomotors with pH‐Responsive Multi‐Phoretic Propulsion

Yi Xing, Mengyun Zhou, Songsong Tang, Yang Fu, Xin Du, Tailin Xu, Lei Su, Yongqiang Wen, Xueji Zhang, Tianyi Ma

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202006421

导师介绍

张学记

https://www.x-mol.com/university/faculty/8847

杜鑫

https://www.x-mol.com/university/faculty/58170

马天翼

https://www.x-mol.com/university/faculty/50249