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  國(guó)內(nèi)外諸多科幻電影和小說(shuō)經(jīng)常描繪微納米馬達(dá)被注射進(jìn)入人體血液系統(tǒng)并自由航行，執(zhí)行健康檢查、疾病治療、器官修復(fù)等各種復(fù)雜生物醫(yī)學(xué)任務(wù)，已成為人們熟悉的場(chǎng)景。自1959年底美國(guó)科學(xué)家理查德費(fèi)曼發(fā)表的著名演說(shuō)“底部有很大空間”，指出這些可進(jìn)入人體的微型機(jī)器可以通過(guò)“自下而上”的納米加工技術(shù)制造以來(lái)，科研工作者一直夢(mèng)想將科幻小說(shuō)和電影中描繪的場(chǎng)景轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)應(yīng)用。隨著納米科學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展，最近十多年來(lái)，科學(xué)家們運(yùn)用‘自下而上’可控化學(xué)組裝技術(shù)制造了各種能夠?qū)⒒瘜W(xué)能或其它形式能量轉(zhuǎn)化為自推進(jìn)運(yùn)動(dòng)的微納米馬達(dá)。相比依賴于布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)被動(dòng)擴(kuò)散的傳統(tǒng)膠體粒子或納米載體，人造微納米馬達(dá)因其具有小尺度、自推進(jìn)運(yùn)動(dòng)、自主導(dǎo)航、功能多樣性等優(yōu)點(diǎn)，有望克服現(xiàn)有膠體粒子或納米載體遇到的難題而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)靶向藥物遞送，這已成為化學(xué)、物理、材料、機(jī)器人、生物醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉研究的前沿?zé)狳c(diǎn)之一。

  人造微納米馬達(dá)進(jìn)入人體血液循環(huán)系統(tǒng)后，必須主動(dòng)穿越體內(nèi)各種生物屏障如血液污損、免疫清除、血管網(wǎng)絡(luò)、血流、細(xì)胞膜等，才能夠完成主動(dòng)靶向藥物遞送、基因編輯和細(xì)胞治療等任務(wù)。另一方面，原位實(shí)時(shí)定位是實(shí)現(xiàn)微納米馬達(dá)特別是外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)自尋的主動(dòng)靶向的前提。自2010年以來(lái)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)賀強(qiáng)教授研究團(tuán)隊(duì)選用各種天然或合成聚合物、小分子、磷脂、酶、納米粒子等生物相容和可降解的組分為構(gòu)筑基元，運(yùn)用“自下而上”可控化學(xué)自組裝技術(shù)批量制備了聚合物多層管狀、盤狀、花生狀、螺旋狀、燒瓶狀及仿紅細(xì)胞形等具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，尺度從幾十納米到幾個(gè)微米的新型微納米馬達(dá)，建立了集自驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和智能載體等多種功能于一身的微納米馬達(dá)構(gòu)筑新方法，闡明了低雷諾數(shù)下微納米馬達(dá)自推進(jìn)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)效關(guān)系、物理化學(xué)機(jī)制及其集群運(yùn)動(dòng)調(diào)控規(guī)律，提出了微納米馬達(dá)的細(xì)胞膜偽裝、熱機(jī)械協(xié)同打開(kāi)細(xì)胞膜以及基于視覺(jué)反饋路徑規(guī)劃的精準(zhǔn)控制方法等重要研究成果。

  最近，他們與馬星課題組合作在《Advanced Materials》撰寫邀請(qǐng)綜述文章，從克服體內(nèi)各種生物屏障和跨尺度活體成像的角度出發(fā)，總結(jié)了面向生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用特別是主動(dòng)靶向藥物遞送已取得的研究進(jìn)展以及向醫(yī)學(xué)應(yīng)用臨床轉(zhuǎn)化亟待解決的難題。文章首先綜述了近年來(lái)微納米馬達(dá)在克服調(diào)理素作用、免疫清除、血流、血腦屏障、細(xì)胞膜、粘液、胃酸和眼睛玻璃體屏障的策略，具有主動(dòng)運(yùn)動(dòng)能力的微納米馬達(dá)表現(xiàn)出優(yōu)異的克服生物屏障能力。其次，對(duì)熒光顯微鏡、核磁共振成像、放射性核素成像、超聲影像和光聲計(jì)算機(jī)斷層掃描成像等跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)在微納米馬達(dá)體內(nèi)外成像應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和歸納。最后，作者對(duì)現(xiàn)階段微納米馬達(dá)在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中存在的限制和挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié)，著重提出了解決這些挑戰(zhàn)的策略，為今后面向生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用微納米馬達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和發(fā)展提供了新的思路。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000512