哈工大联合厦门大学研发酶驱动多功能液态金属生物医用纳米机器人

最近，哈尔滨工业大学（深圳）材料科学与工程系马星教授和厦门大学鄢晓辉副教授领导的研究小组将液态金属的生物医学功能发挥到了极致，他们设计出了一种具有多种生物医学功能的酶驱动液态金属纳米机器人，有着包括药物载体、靶向增强药物递送、光响应变形、光热制剂、医学成像制剂五种生物功能模式，而以往将三种功能模式集合起来就会增强体系的复杂程度，同时可能对体系的生物相容性带来负面影响。此外，可以通过超声/光声双模态成像技术对这种液态金属纳米机器人的集群运动在微流控通道和小鼠膀胱内布进行实时追踪和显像。

▲图：纳米机器人的构筑流程图

这种酶驱动液态金属机器人的制备方法非常简单。他们采用超声法在冰浴条件下对液态金属（LM）块体在多巴胺水溶液中进行超声处理，将宏观的LM液滴加工成微小的纳米颗粒。此时，多巴胺分子通过其邻苯二酚基团与LM纳米液滴表面的氧化镓发生螯合作用，形成多巴胺稳定的LM纳米液滴（LM-DA）。继续用Tris调节LM-DA水溶液的pH值至8.5，使LM纳米液滴表面的多巴胺发生聚合反应，形成聚多巴胺保护层（LM@PDA）。之后，将抗生素通过静电吸附和脲酶通过戊二醛作为连接分子同步负载到LM@PDA上获得酶驱动多功能液态金属纳米机器人（LPCU）。

这种酶驱动液态金属纳米机器人可以集体沿着尿素的浓度梯度进行正趋化性运动，并在均匀的尿素溶液中通过扩散增强促进药物递送。

▲图：尿素浓度依赖性的增强扩散行为

▲图：靶向趋化性药物递送

液态金属纳米机器人在近红外光触发下会发生形变，实现从药物载体到光热制剂的功能模式转变。变形过程中所获得中间变形体表现出高效的光热转换效率，可用于协同光热抗菌治疗。

▲图：光响应变形和光热协同抗菌治疗

▲图：体内外动态医学成像

同时，LM本征的超声和光声性质使纳米机器人可以进行双模态成像。通过两种成像模式配合使用，在微流体容器模型中实现了对马达载体的运动进行追踪和监控，同时也对雌性小鼠膀胱内的马达载体进行了动态成像。

该研究的最大意义在于为设计构建通过催化分解生物原位可获得的燃料进行自驱动，并具有多种治疗和潜在诊疗功能的微纳米马达载体提供了新的思路。

参考文献：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c01573