顶刊动态 | Nature子刊/AM/AFM/ACS Nano生物材料学术进展汇总（6.3-6.9）

1、ACS Nano：治疗真菌性角膜炎的水凝胶基隐形眼镜

图1 隐形眼镜材料的制备过程（a）和最终结构（b）

真菌性角膜炎是一种很难治愈的眼科疾病，目前比较常用的治疗方法包括眼部注射法和滴眼法液，但是这些方法的治疗效率不高并且有很多副作用。

最近华南农业大学的Gang-Biao Jiang（通讯作者）和中山大学的Jin Yuan（通讯作者）等人制造了一个由季铵化壳聚糖（HTCC）、Ag纳米颗粒、氧化石墨烯（GO）和Vor（一种抗菌剂）组成的隐形眼镜。这里，HTCC作为主要组成成分提供生物相容性并且具有一定的抗菌性，Ag纳米颗粒可以增强抗菌效果，氧化石墨烯则可以作为HTCC的交联剂并且加载Vor。这种隐形眼镜有很好的生物相容性并且能持续释放抗菌剂，因此治疗真菌性角膜炎的效率很高。

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

2、ACS Nano：对pH敏感、可瞬时改变尺寸的药物运输系统提高治癌效率

图2 SCNs/Pt在肿瘤处变小进入到肿瘤深处的示意图

目前通过靶向的药物运输系统来治疗癌症存在两个主要难题，即运输效率低和纳米粒子对肿瘤的渗透性差。一般尺寸较大的纳米颗粒更容易在肿瘤富集，但是这些颗粒只能存在于血管的附近，不能渗透到肿瘤深处；而小的纳米颗粒有很好的渗透性，但是它们不易在肿瘤处富集，因而治疗的效率都不高。尺寸可变的运输系统能很好的解决这个难题。

最近美国佐治亚理工学院和埃默里大学的Jin-Zhi Du（通讯作者）和 Shuming Nie（通讯作者）及中国科学技术大学的Jun Wang（通讯作者）等人制备了一种能够对pH值做出响应而改变尺寸的纳米颗粒（SCNs/Pt）。SCNs/Pt由单一成分的PEG-b-PAEMA-PAMAM/Pt通过自组装形成，在中性条件下（血液中），PEG-b-PAEMA-PAMAM/Pt中的PAEMA段是疏水性的，而在酸性条件下（肿瘤内）PAEMA是亲水性的（导致SCNs/Pt纳米颗粒解体）。他们发现当SCNs/Pt到达酸性的肿瘤内时，直径马上从80nm下降到小于10nm，这么快的响应速度还是第一次被实现。

文献链接：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：金纳米颗粒层通过光穿孔效应帮助大分子进入细胞

图3 光照下依附在GNPL表面的细胞脂双层开孔，大分子进入细胞内

将治疗性的大分子（如蛋白质、DNA、RNA等）输送到细胞内部被广泛用在细胞工程、生物成像和治疗各种疾病上。但是目前常用的方法不能兼顾效率和生物毒性（效率高毒性也高，反之亦然）。利用金纳米颗粒的光穿孔效应来提高大分子的输送效率是最近才兴起的方法，但是这种颗粒的生物毒性很强。

最近苏州大学的Qian Yu和Hong Chen（通讯作者）等人制备了一个金纳米颗粒层（GNPL）平台。他们先在基底上覆盖一层致密的金薄膜，然后再镀上金纳米颗粒层。当用光特定波长的光照射时，GNPL附近的温度升高，使得依附在GNPL表面的细胞的脂双层发生相变而生成孔洞，大分子就可以从这些孔洞进入细胞内部。这种平台的效率很高并且生物毒性低，有望成为高效的细胞内运输的平台。

文献链接：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：树枝状Pt-Cu合金纳米颗粒作为多模式成像和化学/光热疗法的平台

图4 DPCN加载dox以及dox释放的示意图

集多模式生物成像和治疗于一身的功能纳米粒子有望成为下一代治疗癌症的平台。但是这些粒子一般制备复杂、成本高，并且需要引入很多有一定毒性的辅助成分。解决这些问题的一条途径是利用本身具备生物成像、光热效应和加载药物功能的纳米粒子。

最近华东师范大学的Qiang Zhang和Yiyun Cheng（通讯作者）等人在树枝状Pt-Cu合金纳米粒子（DPCN）加载dox（一种抗癌药）制备了能多模式成像和治疗的纳米平台。由于DPCN是多孔的，因此能够加载dox，并且其本身具有多模式成像功能和光热效应，因此不需要辅助成分就可以实现成像和治疗的目的。当用近红外光照射DPCN时，它的温度升高并且释放出dox，从而实现化学-光热协调治疗。

文献链接：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：细胞运输金纳米棒实现多模式成像

将金纳米棒选择性的运输到肿瘤中对它们随后的成像和治疗至关重要。但是大约有90%的金纳米棒会在体内被清除，为了解决这个问题，可以用能识别肿瘤的细胞（如巨噬细胞、T细胞、间充质干细胞）作为运输载体来运输金纳米棒。

最近意大利国家研究委员会的Fulvio Ratto（第一作者及通讯作者）等人研究了用巨吞噬细胞作为载体运输金纳米棒到肿瘤中来进行成像和治疗的效果。这些金纳米棒的表面被聚乙二醇包裹着，并且带有正电荷，巨吞噬细胞吸收金纳米棒后不会死亡，其化学性质也会改变。这些金纳米棒被运输到肿瘤后就能发挥成像和治疗作用。

文献链接：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：金纳米棒-聚阳离子杂化材料作为多功能诊断治疗平台

图5 金纳米棒加载DNA的过程

基因治疗（GT）是指将基因引入到细胞内，促进或者抑制细胞的某些功能来达到治疗的目的。金纳米粒子是一个多功能诊断治疗平台，但是它们运输DNA的效率不高。

最近北京化工大学的Fu-Jian Xu（通讯作者）和首都医科大学附属北京天坛医院的Fusheng Liu（通讯作者）等人制备了用PGED/PGEA（一种聚合物）修饰的金纳米棒。PGED或者PGEA表面带有正电荷，能够吸附带负电荷的DNA，正电荷还能提高纳米棒进入细胞内部的效率。这种纳米棒进入细胞后能进行CT/PA（光声）双模式成像和GT/PTT（光热）协调治疗。这种有机/无机杂化材料有望为癌症的诊断和治疗提供一条新的途径。

文献链接：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：用石墨烯上的纳米孔进行蛋白质测序

图6 蛋白质在水压的作用下通过石墨烯纳米孔

蛋白质的测序对于理解生物反应的机制至关重要，目前的测序方法受到蛋白质尺寸的限制，并且成本高，耗时多。

最近美国伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的Aleksei Aksimentiev（通讯作者）等人用全原子分子动力学模拟的方法对用石墨烯纳米孔进行蛋白质测序的可行性进行了分析。他们发现蛋白质可以粘附在石墨烯表面，在电压或者水压的驱动下，蛋白质可以逐步（每走一步停一下）通过纳米孔，每走一步都有会产生一个与孔内的氨基酸有关的离子电流，通过测量这些离子电流就有可能测定蛋白质的序列。

文献链接：Graphene Nanopores for Protein Sequencing（Advanced Functional Materials，2016，DOI：10.1002/adfm.201601272）

8、Nature Nanotechnology：石墨烯基装置用于糖尿病监控和治疗

图7 由金掺杂石墨烯组成的贴片结构示意图

用CVD法能制备高质量、大面积的石墨烯，但是这些石墨烯缺陷密度太低，缺少化学活性点，因此限制了它在生物传感方面的应用。

最近韩国首尔国立大学的Dae-Hyeong Kim（通讯作者）等人以金掺杂的石墨烯为基础制备了便携式的糖尿病监控和治疗装置。这种由金掺杂石墨烯组成的贴片能够贴在皮肤上，通过检测汗液中的葡萄糖浓度和pH值等参数来估计体内血糖的浓度，再根据需要释放药物来治疗糖尿病。这种纳米材料以及由其组成的装置为治疗慢性病（如糖尿病）提供了新的途径。

文献链接：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：用分子荧光团在第二近红外窗口对外伤性脑损伤成像

外伤性脑损伤（TBI）是由于头部受到外部的机械力引起的，TBI会使大脑的血管发生改变，研究这些变化能更好的理解TBI的发病机理。

日前，来自南方科技大学的Yongye Liang（通讯作者）及斯坦福大学的Jian Luo和Hongjie Dai（通讯作者）等人制备了能够发射第二近红外窗口荧光（波长在1000-1700nm范围的光）的分子荧光团，当用808nm激光照射的时候，这些荧光团发射出1073nm的近红外光，量子产率约为0.7%。他们用这种荧光团研究了小鼠受到外伤性脑损伤后血管的动态变化，证明这种方法能在形态学和细胞水平上研究外伤性脑损伤的发病机理。

文献链接： 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学习小组CZM供稿，材料牛编辑整理。

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