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  國內(nèi)外諸多科幻電影和小說經(jīng)常描繪微納米馬達被注射進入人體血液系統(tǒng)并自由航行，執(zhí)行健康檢查、疾病治療、器官修復(fù)等各種復(fù)雜生物醫(yī)學(xué)任務(wù)，已成為人們熟悉的場景。自1959年底美國科學(xué)家理查德費曼發(fā)表的著名演說“底部有很大空間”，指出這些可進入人體的微型機器可以通過“自下而上”的納米加工技術(shù)制造以來，科研工作者一直夢想將科幻小說和電影中描繪的場景轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實應(yīng)用。隨著納米科學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展，最近十多年來，科學(xué)家們運用‘自下而上’可控化學(xué)組裝技術(shù)制造了各種能夠?qū)⒒瘜W(xué)能或其它形式能量轉(zhuǎn)化為自推進運動的微納米馬達。相比依賴于布朗運動實現(xiàn)被動擴散的傳統(tǒng)膠體粒子或納米載體，人造微納米馬達因其具有小尺度、自推進運動、自主導(dǎo)航、功能多樣性等優(yōu)點，有望克服現(xiàn)有膠體粒子或納米載體遇到的難題而實現(xiàn)主動靶向藥物遞送，這已成為化學(xué)、物理、材料、機器人、生物醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉研究的前沿?zé)狳c之一。

  人造微納米馬達進入人體血液循環(huán)系統(tǒng)后，必須主動穿越體內(nèi)各種生物屏障如血液污損、免疫清除、血管網(wǎng)絡(luò)、血流、細胞膜等，才能夠完成主動靶向藥物遞送、基因編輯和細胞治療等任務(wù)。另一方面，原位實時定位是實現(xiàn)微納米馬達特別是外場驅(qū)動微納米馬達自尋的主動靶向的前提。自2010年以來，哈爾濱工業(yè)大學(xué)賀強教授研究團隊選用各種天然或合成聚合物、小分子、磷脂、酶、納米粒子等生物相容和可降解的組分為構(gòu)筑基元，運用“自下而上”可控化學(xué)自組裝技術(shù)批量制備了聚合物多層管狀、盤狀、花生狀、螺旋狀、燒瓶狀及仿紅細胞形等具有不對稱結(jié)構(gòu)，尺度從幾十納米到幾個微米的新型微納米馬達，建立了集自驅(qū)動運動和智能載體等多種功能于一身的微納米馬達構(gòu)筑新方法，闡明了低雷諾數(shù)下微納米馬達自推進運動的構(gòu)效關(guān)系、物理化學(xué)機制及其集群運動調(diào)控規(guī)律，提出了微納米馬達的細胞膜偽裝、熱機械協(xié)同打開細胞膜以及基于視覺反饋路徑規(guī)劃的精準(zhǔn)控制方法等重要研究成果。

  最近，他們與馬星課題組合作在《Advanced Materials》撰寫邀請綜述文章，從克服體內(nèi)各種生物屏障和跨尺度活體成像的角度出發(fā)，總結(jié)了面向生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用特別是主動靶向藥物遞送已取得的研究進展以及向醫(yī)學(xué)應(yīng)用臨床轉(zhuǎn)化亟待解決的難題。文章首先綜述了近年來微納米馬達在克服調(diào)理素作用、免疫清除、血流、血腦屏障、細胞膜、粘液、胃酸和眼睛玻璃體屏障的策略，具有主動運動能力的微納米馬達表現(xiàn)出優(yōu)異的克服生物屏障能力。其次，對熒光顯微鏡、核磁共振成像、放射性核素成像、超聲影像和光聲計算機斷層掃描成像等跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)在微納米馬達體內(nèi)外成像應(yīng)用中的優(yōu)缺點進行了總結(jié)和歸納。最后，作者對現(xiàn)階段微納米馬達在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中存在的限制和挑戰(zhàn)進行了總結(jié)，著重提出了解決這些挑戰(zhàn)的策略，為今后面向生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用微納米馬達系統(tǒng)的設(shè)計和發(fā)展提供了新的思路。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000512