許多人都有自己的運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的特點(diǎn)讓人印象深刻。例如，當(dāng)我們談到羽毛球和足球時(shí)，它們的飛行軌跡差異明顯。羽毛球的飛行軌跡通常非常穩(wěn)定，幾乎像是一條絲線一樣，而足球的飛行軌跡卻變幻莫測(cè)，有時(shí)甚至顯得飄忽不定。這種現(xiàn)象的背后是流體力學(xué)性質(zhì)的差異，主要源自羽毛球和足球的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。羽毛球的設(shè)計(jì)獨(dú)特，它的質(zhì)量主要集中在頭部，這一特點(diǎn)直接影響了它在空氣中的飛行動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)。由于羽毛球的底部相對(duì)輕盈，而頭部較重，這種分布使得羽毛球在飛行時(shí)擁有非常穩(wěn)定的空氣動(dòng)力學(xué)特性。
羽毛球這種質(zhì)量分布不均勻性帶來的獨(dú)特運(yùn)動(dòng)行為，在許多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。在納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，納米粒子的體內(nèi)循環(huán)、富集、代謝同樣與其運(yùn)動(dòng)行為高度相關(guān)。假如能夠在單個(gè)納米粒子內(nèi)構(gòu)筑質(zhì)量分布的非對(duì)稱性，制備納米尺度的羽毛球，羽毛球的結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)關(guān)系在納米尺度是否仍然會(huì)延續(xù)？這些猜想十分有趣，引人遐想。然而，盡管已經(jīng)報(bào)道了許多種各向異性的納米粒子，但尚未制備出具有類似羽毛球結(jié)構(gòu)的納米粒子。
復(fù)旦大學(xué)趙東元院士、李曉民教授等通過全新的片狀膠束各向異性褶皺組裝的策略，制備了具有高度生物相容性的羽毛球狀Fe3O4&mPDA非對(duì)稱納米粒子。該納米粒子有一個(gè)直徑~ 100 nm的Fe3O4納米粒子“頭”，和截錐形狀，底座直徑200 nm高250 nm的mPDA“羽”。我們利用納米羽毛球來研究納米顆粒的構(gòu)造、流體動(dòng)力學(xué)、器官吸收效率和血液循環(huán)之間的關(guān)系。暗場(chǎng)顯微鏡-微流體系統(tǒng)和計(jì)算模擬表明，與球形Fe3O4@mPDA納米顆粒相比，類似羽毛球的結(jié)構(gòu)賦予了Fe3O4&mPDA納米羽毛球一倍的下行速度，只有1/3的橫流方向運(yùn)動(dòng)，與血液血管壁的相互作用頻率降低了約50 %。體外血流模擬證明納米羽毛球的吸收率比納米球少40%。體內(nèi)評(píng)估證實(shí)，羽毛球狀納米顆粒的肝臟吸收量減少了15 %，血液循環(huán)半衰期延長(zhǎng)了一倍，這是因?yàn)榫€性運(yùn)動(dòng)減少了納米顆粒與血管壁的接觸。該工作將納米顆粒的構(gòu)建、生物流體動(dòng)態(tài)、器官清除和血液循環(huán)時(shí)間聯(lián)系起來，提出了理解納米顆粒體內(nèi)行為的新視角，為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的納米材料制造鋪平了一條新的途徑。
相關(guān)論文近期發(fā)表于J. Am. Chem. Soc.，第一作者為復(fù)旦大學(xué)博士后趙天聰（現(xiàn)為復(fù)旦大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院青年研究員），通訊作者為復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系李曉民教授和趙東元院士。
參考文獻(xiàn)：
Tiancong Zhao, Xiaomin Li*, Dongyuan Zhao* et al. Mesoporous Nano-Badminton with Asymmetric Mass Distribution: How Nanoscale Architecture Affects the Blood Flow Dynamics. J. Am. Chem. Soc., 2023, doi.org/10.1021/jacs.3c07097
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07097
課題組簡(jiǎn)介：
趙東元院士，中國(guó)科學(xué)院院士、第三世界科學(xué)院院士。主要從事介孔材料的可控合成及催化、能源、環(huán)境、生物應(yīng)用研究，發(fā)展合成了19種復(fù)旦大學(xué)命名的介孔材料及系列新組分、結(jié)構(gòu)的有序介孔材料，提出了一系列合成新方法體系，取得了國(guó)際公認(rèn)的開創(chuàng)性成果。在國(guó)際重要刊物上發(fā)表論文近800篇，包括Science, Nature, Nat. Mater., Nat. Chem., JACS, Angew, Adv. Mater等頂級(jí)期刊，被引13萬余次，h指數(shù)178（谷歌學(xué)術(shù)），連續(xù)多年（2011-2021）被列為全球化學(xué)、材料兩個(gè)領(lǐng)域高被引科學(xué)家和中國(guó)最具國(guó)際影響力科學(xué)家。獲得了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外重要獎(jiǎng)項(xiàng)，包括國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（2020）、國(guó)際介觀結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)成就獎(jiǎng)（2008）、何梁何利科技進(jìn)步獎(jiǎng)（2009）、印度化學(xué)會(huì)Rao Award（2013）、發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院科學(xué)獎(jiǎng)（2016）、中國(guó)分子篩成就獎(jiǎng)（2017）、中國(guó)化學(xué)會(huì)化學(xué)貢獻(xiàn)獎(jiǎng)（2018）、Khwarizmi 國(guó)際獎(jiǎng)（2019）、Nano Research Award（2020）、ACS Nano Award（2021）等。
課題組常年招收博士后，歡迎交流合作，感興趣的同學(xué)可聯(lián)系: zhao_tc@fudan.edu.cn或zhaotc@outlook.com。
