1. 成功合成一種新穎的“引擎-車廂”結(jié)構(gòu)的介孔納米卡車。2. 提出了界面能調(diào)控的各向異性生長策略。3. 納米卡車表現(xiàn)出增強(qiáng)的納米-生物相互作用和高效的藥物遞送。非對稱結(jié)構(gòu)是一種基于單一粒子設(shè)計(jì)“納米智能系統(tǒng)”的理想選擇。與經(jīng)典的核-殼結(jié)構(gòu)的納米材料相比，非對稱結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料不僅可以非常好地實(shí)現(xiàn)單一顆粒對于多種功能的復(fù)合，而且各個(gè)組分可以獨(dú)立工作而不會互相干擾，在最大程度地獨(dú)立工作發(fā)揮其功能的同時(shí)，又可以相互協(xié)同作用。這使非對稱結(jié)構(gòu)納米顆粒成為真正的“多功能實(shí)體”。此項(xiàng)研究工作利用非對稱納米結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)勢，很好地協(xié)調(diào)了藥物輸送中納米載體對粗糙表面和高表面積的多重要求。在該研究工作中，復(fù)旦大學(xué)李曉民研究員、趙東元院士團(tuán)隊(duì)發(fā)展了界面能調(diào)控的各向異性生長策略，巧妙地設(shè)計(jì)并可控地合成了一種非對稱“引擎-車廂”結(jié)構(gòu)的介孔納米卡車。這種上/下轉(zhuǎn)換稀土發(fā)光粒子（U/DCNP）功能化的rSiO2＆PMO納米卡車整體結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分：（1）具有粗糙表面的球形多層核殼結(jié)構(gòu)U/DCNP@SiO2@rSiO2單元作為增強(qiáng)納米-生物相互作用的“引擎”;（2）具有高表面積的PMO單元作為高效藥物負(fù)載的“車廂”。圖1. 納米卡車用于增強(qiáng)的納米-生物交互作用。如圖2所示，研究人員首先利用 “層層生長”的方法合成了稀土發(fā)光U/DCNPs，并利用“反相微乳法”在其表面包裹了親水SiO2層，得到U/DCNP@SiO2；然后通過該課題組此前報(bào)道的“單膠束外延生長”的方法進(jìn)一步制備了表面粗糙的多層核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒（U/DCNP@SiO2@rSiO2），即“卡車引擎”；最后利用界面能調(diào)控的各向異性生長策略，以1,2-雙（三乙氧基甲硅烷基）-乙烷（BTEE）為前驅(qū)體，十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，在U/DCNP@SiO2@rSiO2的粗糙表面上各向異性的組裝生長棒狀介孔有機(jī)硅PMO，即“卡車車廂”，得到非對稱結(jié)構(gòu)的U/DCNP@SiO2@rSiO2&PMO納米卡車。研究結(jié)果表明，所制備的U/DCNP@SiO2@rSiO2&PMO納米卡車在保持U/DCNP@SiO2@rSiO2單元粗糙表面的同時(shí)，由于PMO單元的引入，其比表面積也有大幅提升，對于藥物高效負(fù)載具有重要作用。圖2. 納米卡車的合成路線示意圖及相關(guān)電鏡、比表面積和光譜表征。要點(diǎn)2：納米卡車比表面積和載藥量的調(diào)控研究人員發(fā)現(xiàn)，通過簡單地調(diào)節(jié)rSiO2和有機(jī)硅烷前驅(qū)體BTEE的濃度，可以很好地調(diào)控PMO車廂和rSiO2車頭之間的比例。隨著rSiO2納米粒子的初始濃度從0.25 mg/mL增加到1.0 mg/mL，PMO納米棒的長度從560nm減少到130 nm。此外，通過提高BTEE的濃度，PMO納米棒的直徑可以從60 nm增加到230nm。相應(yīng)地，研究人員通過非對稱結(jié)構(gòu)中PMO單元的長度和直徑的調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)對納米卡車比表面積和載藥量的調(diào)控。圖3. 納米卡車PMO車廂的可控生長及相關(guān)電鏡表征。
要點(diǎn)3：各向異性生長過程的調(diào)控研究人員通過詳細(xì)考察不同反應(yīng)條件下PMO的生長過程，發(fā)現(xiàn)PMO在rSiO2表面的各向同性生長和各向異性生長是相互競爭的關(guān)系。反應(yīng)體系中氨水的濃度可以有效地調(diào)控這一競爭關(guān)系，即氨水濃度驅(qū)動的界面能調(diào)控各向異性生長過程。由于粗糙表面對于成核位點(diǎn)的形成有促進(jìn)作用，在低濃度氨水條件下，PMO在rSiO2表面更傾向于各向同性生長（粗糙表面被覆蓋），形成核殼結(jié)構(gòu)rSiO2@PMO，難以實(shí)現(xiàn)預(yù)想的一端為粗糙rSiO2，一端是高比表面積PMO的非對稱結(jié)構(gòu)。在該研究工作中，研究人員通過大幅度提高氨水的濃度，影響了rSiO2表面的SiO-分布，進(jìn)而改變了PMO在rSiO2表面生長過程中的界面能，使其更傾向于各向異性生長，形成非對稱納米卡車結(jié)構(gòu)。研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種氨水驅(qū)動界面能調(diào)控的各向異性生長過程具有一定普適性，能夠指導(dǎo)更多非對稱復(fù)合結(jié)構(gòu)的合成，例如，rSiO2&cubic-PMO、rSiO2&mSiO2、CdS&PMO等。圖4. 氨水驅(qū)動界面能調(diào)控PMO在rSiO2粗糙表面各向同性及各向異性生長示意圖、相關(guān)電鏡表征及生長機(jī)理示意圖。圖5. 立方相PMO在rSiO2粗糙表面的各向同性及各向異性生長。要點(diǎn)4：納米卡車具有增強(qiáng)的納米-生物相互作用和高效的藥物遞送研究人員發(fā)現(xiàn)，這種非對稱納米卡車具有增強(qiáng)的納米-生物交互作用及藥物負(fù)載能力，結(jié)合嵌入的稀土發(fā)光功能納米粒子，該納米卡車可以很好地用于近紅外光成像指導(dǎo)下的藥物控制釋放和腫瘤診療。圖6. 納米卡車用于增強(qiáng)藥物遞送的體外實(shí)驗(yàn)。圖7. 納米卡車用于成像指導(dǎo)的腫瘤富集及藥物遞送。這一研究成果，將進(jìn)一步加深我們對納米-生物交互作用、納米材料精細(xì)設(shè)計(jì)和可控合成的理解，為納米醫(yī)學(xué)、生物傳感和催化提供新穎的多功能平臺。Wang W, et al.Engine-Trailer-Structured Nanotrucks for Efficient Nano-Bio Interactions andBioimaging-Guided Drug Delivery. Chem, 2020.DOI: 10.1016/j.chempr.2020.01.010https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929420300346
