頂刊動態 | Nature子刊/AM/AFM/ACS Nano生物材料學術進展匯總（6.3-6.9）

1、ACS Nano：治療真菌性角膜炎的水凝膠基隱形眼鏡

圖1 隱形眼鏡材料的制備過程（a）和最終結構（b）

真菌性角膜炎是一種很難治愈的眼科疾病，目前比較常用的治療方法包括眼部注射法和滴眼法液，但是這些方法的治療效率不高并且有很多副作用。

最近華南農業大學的Gang-Biao Jiang（通訊作者）和中山大學的Jin Yuan（通訊作者）等人制造了一個由季銨化殼聚糖（HTCC）、Ag納米顆粒、氧化石墨烯（GO）和Vor（一種抗菌劑）組成的隱形眼鏡。這里，HTCC作為主要組成成分提供生物相容性并且具有一定的抗菌性，Ag納米顆粒可以增強抗菌效果，氧化石墨烯則可以作為HTCC的交聯劑并且加載Vor。這種隱形眼鏡有很好的生物相容性并且能持續釋放抗菌劑，因此治療真菌性角膜炎的效率很高。

文獻鏈接：A Hydrogel-Based Hybrid Theranostic Contact Lens for Fungal Keratitis（ACS Nano，2016，DOI：10.1021/acsnano.6b00601）

2、ACS Nano：對pH敏感、可瞬時改變尺寸的藥物運輸系統提高治癌效率

圖2 SCNs/Pt在腫瘤處變小進入到腫瘤深處的示意圖

目前通過靶向的藥物運輸系統來治療癌癥存在兩個主要難題，即運輸效率低和納米粒子對腫瘤的滲透性差。一般尺寸較大的納米顆粒更容易在腫瘤富集，但是這些顆粒只能存在于血管的附近，不能滲透到腫瘤深處；而小的納米顆粒有很好的滲透性，但是它們不易在腫瘤處富集，因而治療的效率都不高。尺寸可變的運輸系統能很好的解決這個難題。

最近美國佐治亞理工學院和埃默里大學的Jin-Zhi Du（通訊作者）和 Shuming Nie（通訊作者）及中國科學技術大學的Jun Wang（通訊作者）等人制備了一種能夠對pH值做出響應而改變尺寸的納米顆粒（SCNs/Pt）。SCNs/Pt由單一成分的PEG-b-PAEMA-PAMAM/Pt通過自組裝形成，在中性條件下（血液中），PEG-b-PAEMA-PAMAM/Pt中的PAEMA段是疏水性的，而在酸性條件下（腫瘤內）PAEMA是親水性的（導致SCNs/Pt納米顆粒解體）。他們發現當SCNs/Pt到達酸性的腫瘤內時，直徑馬上從80nm下降到小于10nm，這么快的響應速度還是第一次被實現。

文獻鏈接：Smart Superstructures with Ultrahigh pH-Sensitivity for Targeting Acidic Tumor Microenvironment: Instantaneous Size Switching and Improved Tumor Penetration（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b02326）

3、Advanced Functional Materials：金納米顆粒層通過光穿孔效應幫助大分子進入細胞

圖3 光照下依附在GNPL表面的細胞脂雙層開孔，大分子進入細胞內

將治療性的大分子（如蛋白質、DNA、RNA等）輸送到細胞內部被廣泛用在細胞工程、生物成像和治療各種疾病上。但是目前常用的方法不能兼顧效率和生物毒性（效率高毒性也高，反之亦然）。利用金納米顆粒的光穿孔效應來提高大分子的輸送效率是最近才興起的方法，但是這種顆粒的生物毒性很強。

最近蘇州大學的Qian Yu和Hong Chen（通訊作者）等人制備了一個金納米顆粒層（GNPL）平臺。他們先在基底上覆蓋一層致密的金薄膜，然后再鍍上金納米顆粒層。當用光特定波長的光照射時，GNPL附近的溫度升高，使得依附在GNPL表面的細胞的脂雙層發生相變而生成孔洞，大分子就可以從這些孔洞進入細胞內部。這種平臺的效率很高并且生物毒性低，有望成為高效的細胞內運輸的平臺。

文獻鏈接：A Universal Platform for Macromolecular Deliveryinto Cells Using Gold Nanoparticle Layers via the Photoporation Effect（Advanced Functional Materials，2016，DOI:10.1002/adfm.201602036）

4、Advanced Functional Materials：樹枝狀Pt-Cu合金納米顆粒作為多模式成像和化學/光熱療法的平臺

圖4 DPCN加載dox以及dox釋放的示意圖

集多模式生物成像和治療于一身的功能納米粒子有望成為下一代治療癌癥的平臺。但是這些粒子一般制備復雜、成本高，并且需要引入很多有一定毒性的輔助成分。解決這些問題的一條途徑是利用本身具備生物成像、光熱效應和加載藥物功能的納米粒子。

最近華東師范大學的Qiang Zhang和Yiyun Cheng（通訊作者）等人在樹枝狀Pt-Cu合金納米粒子（DPCN）加載dox（一種抗癌藥）制備了能多模式成像和治療的納米平臺。由于DPCN是多孔的，因此能夠加載dox，并且其本身具有多模式成像功能和光熱效應，因此不需要輔助成分就可以實現成像和治療的目的。當用近紅外光照射DPCN時，它的溫度升高并且釋放出dox，從而實現化學-光熱協調治療。

文獻鏈接：Dendritic Platinum–Copper Alloy Nanoparticles as Theranostic Agents for Multimodal Imaging and Combined Chemophotothermal Therapy（Advanced Functional Materials，2016 ，DOI：10.1002/adfm.201601754）

5、Advanced Funtional Materials：細胞運輸金納米棒實現多模式成像

將金納米棒選擇性的運輸到腫瘤中對它們隨后的成像和治療至關重要。但是大約有90%的金納米棒會在體內被清除，為了解決這個問題，可以用能識別腫瘤的細胞（如巨噬細胞、T細胞、間充質干細胞）作為運輸載體來運輸金納米棒。

最近意大利國家研究委員會的Fulvio Ratto（第一作者及通訊作者）等人研究了用巨吞噬細胞作為載體運輸金納米棒到腫瘤中來進行成像和治療的效果。這些金納米棒的表面被聚乙二醇包裹著，并且帶有正電荷，巨吞噬細胞吸收金納米棒后不會死亡，其化學性質也會改變。這些金納米棒被運輸到腫瘤后就能發揮成像和治療作用。

文獻鏈接：A Robust Design for Cellular Vehicles of Gold Nanorods for Multimodal Imaging（Advanced Functional Materials，2016，DOI：10.1002/adfm.201600836）

6、Advanced Functional Materials：金納米棒-聚陽離子雜化材料作為多功能診斷治療平臺

圖5 金納米棒加載DNA的過程

基因治療（GT）是指將基因引入到細胞內，促進或者抑制細胞的某些功能來達到治療的目的。金納米粒子是一個多功能診斷治療平臺，但是它們運輸DNA的效率不高。

最近北京化工大學的Fu-Jian Xu（通訊作者）和首都醫科大學附屬北京天壇醫院的Fusheng Liu（通訊作者）等人制備了用PGED/PGEA（一種聚合物）修飾的金納米棒。PGED或者PGEA表面帶有正電荷，能夠吸附帶負電荷的DNA，正電荷還能提高納米棒進入細胞內部的效率。這種納米棒進入細胞后能進行CT/PA（光聲）雙模式成像和GT/PTT（光熱）協調治療。這種有機/無機雜化材料有望為癌癥的診斷和治療提供一條新的途徑。

文獻鏈接：Hierarchical Nanohybrids of Gold Nanorods and PGMA-Based Polycations for Multifunctional Theranostics（Advanced Functional Materials，2016，DOI：10.1002/adfm.201601418）

7、Advanced Functional Materials：用石墨烯上的納米孔進行蛋白質測序

圖6 蛋白質在水壓的作用下通過石墨烯納米孔

蛋白質的測序對于理解生物反應的機制至關重要，目前的測序方法受到蛋白質尺寸的限制，并且成本高，耗時多。

最近美國伊利諾伊大學厄本那-香檳分校的Aleksei Aksimentiev（通訊作者）等人用全原子分子動力學模擬的方法對用石墨烯納米孔進行蛋白質測序的可行性進行了分析。他們發現蛋白質可以粘附在石墨烯表面，在電壓或者水壓的驅動下，蛋白質可以逐步（每走一步停一下）通過納米孔，每走一步都有會產生一個與孔內的氨基酸有關的離子電流，通過測量這些離子電流就有可能測定蛋白質的序列。

文獻鏈接：Graphene Nanopores for Protein Sequencing（Advanced Functional Materials，2016，DOI：10.1002/adfm.201601272）

8、Nature Nanotechnology：石墨烯基裝置用于糖尿病監控和治療

圖7 由金摻雜石墨烯組成的貼片結構示意圖

用CVD法能制備高質量、大面積的石墨烯，但是這些石墨烯缺陷密度太低，缺少化學活性點，因此限制了它在生物傳感方面的應用。

最近韓國首爾國立大學的Dae-Hyeong Kim（通訊作者）等人以金摻雜的石墨烯為基礎制備了便攜式的糖尿病監控和治療裝置。這種由金摻雜石墨烯組成的貼片能夠貼在皮膚上，通過檢測汗液中的葡萄糖濃度和pH值等參數來估計體內血糖的濃度，再根據需要釋放藥物來治療糖尿病。這種納米材料以及由其組成的裝置為治療慢性病（如糖尿病）提供了新的途徑。

文獻鏈接：A graphene-based electrochemical device with thermoresponsive microneedles for diabetes monitoring and therapy（Nature Nanotechnology，2016，DOI：10.1038/nnano.2016.38）

9、Adcanced Materials：用分子熒光團在第二近紅外窗口對外傷性腦損傷成像

外傷性腦損傷（TBI）是由于頭部受到外部的機械力引起的，TBI會使大腦的血管發生改變，研究這些變化能更好的理解TBI的發病機理。

日前，來自南方科技大學的Yongye Liang（通訊作者）及斯坦福大學的Jian Luo和Hongjie Dai（通訊作者）等人制備了能夠發射第二近紅外窗口熒光（波長在1000-1700nm范圍的光）的分子熒光團，當用808nm激光照射的時候，這些熒光團發射出1073nm的近紅外光，量子產率約為0.7%。他們用這種熒光團研究了小鼠受到外傷性腦損傷后血管的動態變化，證明這種方法能在形態學和細胞水平上研究外傷性腦損傷的發病機理。

文獻鏈接： Traumatic Brain Injury Imaging in the Second Near-Infrared Window with a Molecular Fluorophore（Adcanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201600706）

本文由材料人生物材料學習小組CZM供稿，材料牛編輯整理。

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