微納馬達是一種能夠?qū)h(huán)境中的化學(xué)能或外部能量轉(zhuǎn)化為自主運動的膠體器件。目前，基于電泳驅(qū)動的微納馬達由于具備可設(shè)計性強、高效驅(qū)動和易于功能化等特點，是領(lǐng)域的研究熱點。電泳驅(qū)動微納馬達主要依賴自電泳和電解質(zhì)自擴散電泳等機制，其推進力來源于非對稱的離子分布構(gòu)建的局部電場驅(qū)動。這種驅(qū)動方式可以通過耦合各類化學(xué)反應(yīng)進行調(diào)控，具有很大的設(shè)計靈活性。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)動微納馬達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）的運動卻面臨著巨大的挑戰(zhàn)。根據(jù)經(jīng)典的Helmholtz-Smoluchowski膠體電動力學(xué)理論，膠體運動速度與外界電解質(zhì)濃度成反比。因此，這類依賴局部電場驅(qū)動的微納馬達無法在高鹽的環(huán)境中有效運動，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150 mM，因此克服離子屏蔽效應(yīng)實現(xiàn)有效驅(qū)動對于電泳驅(qū)動微納馬達的機制研究與應(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/李丹教授團隊與香港大學(xué)唐晉堯教授合作開發(fā)了基于表面金屬有機框架（MOF）多孔材料修飾的通用策略，顯著提升了電泳驅(qū)動微納馬達的離子耐受性。通過液相表面自組裝實現(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，有效提升了馬達在高鹽環(huán)境下的驅(qū)動。 通過優(yōu)化MOF層厚度與形狀系數(shù)，成功將馬達的離子耐受值（EI??）提升了266倍，實現(xiàn)了微納馬達在血液鹽濃度的PBS緩沖溶液中的有效運動。并且通過基于硅基微納馬達的模型驗證了提出的界面驅(qū)動模型的正確性。 此外，硅基馬達能夠通過980 nm的近紅外光實現(xiàn)有效驅(qū)動。得益于近紅外光的組織穿透能力，即使在近紅外光透過肌肉組織后，微納馬達仍能在PBS溶液中保持定向運動，并且可以通過磁引導(dǎo)實現(xiàn)方向的精確控制。MOF修飾層不僅大大提升了該微納馬達的離子耐受度，而且賦予了微馬達藥物負載能力與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)動微納馬達，顯著增強其離子耐受性，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
