具有运动可控性和鲁棒性的微纳米马达在细胞或分子尺度上的疾病诊断和治疗中显示出巨大的潜力。然而，由于尺寸的限制，通过单个微纳马达完成特殊任务（如运载货物、光热治疗、催化等）仍然是一个挑战。提高工作效率的方法之一是通过微纳马达间的局部物理相互作用，构建具有协同作用的微纳马达集群。磁场和光提供了一种在空间和时间上控制微马达集群的方法。光驱动和磁场驱动的微马达集群都可以瞬间启动和远程关闭，这有利于在狭窄和密闭的空间对其进行远程控制。然而，以往的自驱动系统通常是由刚性个体或功能单一的组装单元(如TiO2和γ-Fe2O3颗粒)组成的，通常不能携带大量的药物，也不能对周围的微环境做出反应。
近日，华中科技大学化学与化工学院瞿金平院士/牛冉研究员团队在《Small》杂志在线发表了题为“Weak Ion-exchange Based Magnetic Swarm for Targeted Drug Delivery and Chemotherapy”的研究文章。他们报道了一种具有高灵活性和多响应性的磁性微马达(MCIEX)集群，可以通过多模式可控转换和运动来执行受限环境下的药物递送任务。该系统基于具有离子交换能力的磁性微凝胶，可以响应紫外光和交变磁场。在不同的外场刺激下，个体微马达能够呈现聚集、分散和滚动的动态运动等模式，依次触发活性晶体、非晶玻璃、液体、链和轮状等微结构的形成。通过改变旋转磁场的强度和频率，可以对各种动态模式进行可逆变换。研究结果表明，该微马达集群在狭窄、弯折或有障碍物的路径中具有较高的适应性和通过率。特别地，该研究中使用的微凝胶具有丰富的羧基，被称为弱阳离子交换树脂，可以用于pH响应性药物递送治疗。体外实验表明，载药微马达集群的主动运动性能增强了其对癌细胞的杀灭效果。这项工作为癌症治疗提供了一个新的药物递送平台。
图1. 基于弱离子交换诱导表面电渗透流及自组装的磁性微马达(MCIEX)。
图2. MCIEX微马达个体和集群对紫外光的响应。
图3. MCIEX微马达集群的磁性驱动与表征。
图4. 由xy/xz旋转磁场驱动的MCIEX微马达集群在复杂环境下的可控导航。
图5.负载DOX的微马达(MCIEX-DOX)增强对癌细胞(Hela和CT26)的杀灭效果。
论文第一作者为华中科技大学化学与化工学院博士研究生冯凯，论文通讯作者为华中科技大学化学与化工学院牛冉研究员，论文作者还包括华中科技大学瞿金平院士，龚江教授以及Johannes Gutenberg-Universit？t Mainz的Thomas Palberg教授。该研究得到国家自然科学基金和华中科技大学人才引进启动基金的资助。
全文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202306798
通讯作者简介
牛冉，华中科技大学化学与化工学院研究员、博士生导师，主要研究领域为微纳马达和新能源材料。目前以第一或通讯作者身份在PRL、PNAS、Sci. Adv.、ACS Nano、Small、Chem. Eng. J.、J. Mater. Chem. A、Energy Environ. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces等具有重要影响力的国际刊物上发表SCI论文60余篇，获授权专利5项，申请专利7项。主持承担国家自然科学基金、重点研发计划青年科学家项目、重点研发计划子课题等国家和省部级科技项目多项，并获得湖北省海外高层次人才计划、武汉英才等多项荣誉奖励。担任Rare Metals期刊 (中科院1区，影响因子6.3), Exploration和Energy Materials期刊青年编委。
