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AFM:同性不再相斥-带正电药物分子与递送载体的自组装

已有 420 次阅读 2025-1-15 08:56 |个人分类:论文|系统分类:论文交流

AFM:同性不再相斥-带正电药物分子与递送载体的自组装

背景

静电组装广泛应用于将带负电的药物分子高效装载到带正电的递送载体表面,实现其稳定结合与释放。然而,带正电的药物分子因同性相斥无法直接结合到带正电的递送载体表面,极大地限制了药物装载系统的适用范围。因此,开发新型的带正电药物能与带正电的递送载体高效组装,并实现可控的释放,已成为亟待解决的挑战难题

为此,EFL团队设计了一种基于液态金属水凝胶递送载体的药物正电组装方法。在光照和体液环境的共同作用下,递送载体内部的静电斥力和范德华引力相互制约,改变了原本“同性相斥”的现象,从而可以高效地装载带正电的药物,并实现药物的可控释放。

相关研究成果以“Positive-Positive Assembly Behavior in Liquid Metal Hydrogel Colloids”为题,发表于《Advanced Functional Materials》。浙江大学贺永教授为通讯作者,机械工程学院孔维程博士生、原禧敏博后和浙大口腔医院的陈宏裕博士生为共同一作。

 

1 正电-正电自组装递送载体结构设计

聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水凝胶磁性微纳米颗粒经超声烧结处理后固定在InGa3表面,获得递送载体。在波长为365 nm的光作用下,电流的光电效应产生旋转磁场,外加磁电旋转转矩产生递送载体的旋转现象并相互组装,最终实现了正电-正电自组装,如图1所示。所制备的Mil-LM@PVP表现出的光控自组装的特性,可作为生物医学领域药物输送的潜在载体

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1正电-正电自组装递送载体结构设计

 

 

2 正电-正电递送载体自组装原理

采用超声烧结处理将PVP水凝胶配位在InGa3微纳米颗粒表面,其中PVP水凝胶侧链上吡咯烷酮基团(C4H6NO)的羰基(-C=O)与LM上的Ga配位形成(C6H9NO)3-Ga3+,获得了具有光电效应的递送载体。通过吸收波长为365nm的光能够产生感应电流A。同时InGa3在室温下自发生成的氧化膜在氧化还原过程中,释放出自由电子产生第二种形式的电流B,如图2所示。

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2正电-正电递送载体自组装原理

 

 

3 正电-正电自组装递送载体光-电性质

首先利用了EPR测试了递送载体自由基的配位情况和在光激发条件下的光电响应特性,并通过第一原理计算其微纳结构的带隙能量,如图3abc所示。递送载体作为工作电极,可直接吸收365nm紫外光,在光照下的最大功率为6.72μW如图3def所示。经超声10分钟处理后递送载体表现出最佳半导体性能;而经超声20分钟处理后则因过烧导致性能下降。CV曲线结果表明,经超声10分钟处理后递送载体的还原氧化反应和感应电流密度最为显著;而超声10分钟处理后过烧现象抑制了感应电流的产生。

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3 正电-正电自组装递送载体光-电性质

 

4 正电-正电自组装递送载体的光动力学

365nm波长光照下,产生的电流通过InGa3时触发电磁感应造成递送载体的旋转运动,形成稳定的磁场。当光照从左侧入射时,旋转方向为顺时针;反之则为逆时针。当单束光源照射时,微纳米颗粒沿单一方向运动(单自由度运动);而双束光源照射时,微纳米颗粒表现出双向运动(双自由度运动),其运动轨迹形成了条纹图案。

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4 正电-正电自组装递送载体的光动力学

 

 

5 正电-正电自组装递送载体的自组装行为

5a为制备递送载体的光学路径系统。通过365nm光源照射,递送载体的迅速旋转并被驱逐出光照区域,形成“EFL”光斑(图5bcd)。当递送载体与极性溶液混合并照射光源时,微纳米颗粒在光照区域内移动,表现出光源驱动的动态响应特性。

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5 正电-正电自组装递送载体的自组装行为

6 结论

正电-正电自组装递送载体是一种基于液态金属水凝胶的微纳米颗粒,通过超声处理形成特定结构,在365nm光照下展现优异光电效应驱动旋转运动。其光驱动特性源于液态金属的氧化和自由电子释放,结合光电效应与化学反应生成的磁场形成动态磁矩。通过调节超声时间可优化其光电响应和电流转换率,具有良好的pH稳定性和多种环境的适应性。通过特定光学系统,这种正电-正电自组装递送载体实现了精确运动,为药物递送和微机电系统提供了一种新途径。

 

全文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202415570

 



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