微納馬達(dá)是一種能夠?qū)h(huán)境中的化學(xué)能或外部能量轉(zhuǎn)化為自主運(yùn)動(dòng)的膠體器件。目前，基于電泳驅(qū)動(dòng)的微納馬達(dá)由于具備可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、高效驅(qū)動(dòng)和易于功能化等特點(diǎn)，是領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。電泳驅(qū)動(dòng)微納馬達(dá)主要依賴自電泳和電解質(zhì)自擴(kuò)散電泳等機(jī)制，其推進(jìn)力來(lái)源于非對(duì)稱的離子分布構(gòu)建的局部電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方式可以通過(guò)耦合各類化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行調(diào)控，具有很大的設(shè)計(jì)靈活性。為靶向藥物遞送、組織修復(fù)及智能生物傳感提供了新的策略。盡管電泳驅(qū)動(dòng)微納馬達(dá)在理論上具有巨大的應(yīng)用潛力，但在高濃度電解質(zhì)環(huán)境中（如血液和其他生物體液）的運(yùn)動(dòng)卻面臨著巨大的挑戰(zhàn)。根據(jù)經(jīng)典的Helmholtz-Smoluchowski膠體電動(dòng)力學(xué)理論，膠體運(yùn)動(dòng)速度與外界電解質(zhì)濃度成反比。因此，這類依賴局部電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的微納馬達(dá)無(wú)法在高鹽的環(huán)境中有效運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象通常被稱為“離子猝滅”。而生物介質(zhì)中的離子濃度往往超過(guò)150 mM，因此克服離子屏蔽效應(yīng)實(shí)現(xiàn)有效驅(qū)動(dòng)對(duì)于電泳驅(qū)動(dòng)微納馬達(dá)的機(jī)制研究與應(yīng)用拓展具有重要意義。
近日，暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院王吉壯/李丹教授團(tuán)隊(duì)與香港大學(xué)唐晉堯教授合作開發(fā)了基于表面金屬有機(jī)框架（MOF）多孔材料修飾的通用策略，顯著提升了電泳驅(qū)動(dòng)微納馬達(dá)的離子耐受性。通過(guò)液相表面自組裝實(shí)現(xiàn)了ZIF8材料的可控修飾，表面孔結(jié)構(gòu)可作為支撐電滲流的通道，有效提升了馬達(dá)在高鹽環(huán)境下的驅(qū)動(dòng)。 通過(guò)優(yōu)化MOF層厚度與形狀系數(shù)，成功將馬達(dá)的離子耐受值（EI??）提升了266倍，實(shí)現(xiàn)了微納馬達(dá)在血液鹽濃度的PBS緩沖溶液中的有效運(yùn)動(dòng)。并且通過(guò)基于硅基微納馬達(dá)的模型驗(yàn)證了提出的界面驅(qū)動(dòng)模型的正確性。 此外，硅基馬達(dá)能夠通過(guò)980 nm的近紅外光實(shí)現(xiàn)有效驅(qū)動(dòng)。得益于近紅外光的組織穿透能力，即使在近紅外光透過(guò)肌肉組織后，微納馬達(dá)仍能在PBS溶液中保持定向運(yùn)動(dòng)，并且可以通過(guò)磁引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)方向的精確控制。MOF修飾層不僅大大提升了該微納馬達(dá)的離子耐受度，而且賦予了微馬達(dá)藥物負(fù)載能力與pH響應(yīng)釋放特性，使其適用于靶向藥物遞送。這種MOF修飾策略具有很好的通用性，可推廣至其他類型的電泳驅(qū)動(dòng)微納馬達(dá)，顯著增強(qiáng)其離子耐受性，為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用開辟了新的路徑。 論文信息 MOF Coating Enhances the Ion Tolerance of Micromotors Leyan Ou, Kunfeng Liu, Dr. Yifan Zhang, Wanyuan Li, Zixian Liang, Dapeng Lei, Hao Sun, Dr. Mojun Chen, Dr. Jizhuang Wang, Prof. Jinyao Tang, Prof. Dan Li 文章的第一作者是暨南大學(xué)的碩士研究生歐樂妍。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202508001
