四虎影视 、超分子结构与材料国家重点实验室李云峰教授团队开发了一种ATP驱动、具有良好生物相容性的聚合物纳米粒子的非平衡自组装体系。通过改变带正电荷的聚合物、ATP和磷酸酶的组分浓度，可调控瞬态聚合物纳米粒子的寿命和耗散自组装循环，继而实现了时间可编程的小鼠淋巴结体内成像。该研究为开发具有良好生物相容性和可编程生物功能的非平衡自组装合成系统提供了新方法和新策略。

背景介绍

生物体需要能量的持续供给来维持高级的组装结构和智能功能，这一非平衡自组装维持着生物体的生命活动。例如，通过消耗能量分子，例如三磷酸腺苷（ATP）或者三磷酸鸟苷（GTP），细胞内的微管蛋白通过耗散自组装来对其自组装结构和过程进行时空控制，进而调节一些重要的生物学功能，包括细胞增殖、迁移和信号传导等。受这种非平衡自组装的启发，许多人造的非平衡自组装体系已经被设计合成。控制组装的能量包括磁场，电场，剪切力，光能或化学能。特别是由化学能驱动的耗散自组装体系引起了极大的研究兴趣，因为它们可以很好的模拟体内维持生命活动的耗散自组装结构和过程。化学能驱动的耗散组装体系是研究生命体中自组装结构和过程的理想模型。此外，对体内非平衡自组装原理的理解可以指导具有自适应、自主性和智能性的下一代材料的设计和合成。迄今为止，许多由化学能介导的耗散自组装体系已经被构建，包括纳米反应器，瞬态凝胶和超分子聚合物等。非平衡自组装体系在生物材料和生物医学领域的应用非常有吸引力，因为它具有与生物体内相似的自主和智能的结构和功能。为了实现生物医学应用，开发具有良好的细胞相容性和生物相容性的非平衡自组装体系至关重要，同时也是领域内的巨大挑战，因为现存的大多数化学能驱动的非平衡体系不具备良好的细胞相容性。

本文亮点

鉴于此，四虎影视 、超分子结构与材料国家重点实验室李云峰课题组开发了一种ATP驱动的具有良好生物相容性的聚合物纳米粒子的非平衡自组装体系，该体系可以实现时间可编程的小鼠淋巴结体内成像。该体系主要包括三个组分，即带正电荷的聚合物、ATP和磷酸酶。通过改变这些成分的浓度，瞬态聚合物纳米粒子的寿命从几分钟调控到几百分钟。通过用ATP为体系补充燃料，可以获得多达 11次聚合物纳米粒子的耗散自组装循环。有意思的是，这种耗散自组装体系可以通过冷冻来暂停，并且在冰箱中储存至少45天后，耗散自组装行为能够恢复。更重要的是，聚合物纳米粒子的耗散体系具有良好的细胞相容性。此外，利用磺基花青染料(Cy5)修饰的聚合物作为构筑单元，聚合物纳米粒子在时间上自我调节荧光强度；其可以对淋巴结进行时间可编程的体内成像。

总结展望

综上所述，该研究报告了一种ATP驱动、具有良好生物相容性的聚合物纳米粒子的非平衡自组装体系。该体系由带正电荷的聚合物、ATP和磷酸酶组成。通过改变组分浓度，可调控瞬态聚合物纳米粒子的寿命和耗散自组装循环，进而实现时间可编程的小鼠淋巴结体内成像。本研究为开发具有生物相容性和可编程生物功能的耗散自组装软生物材料提供了新思路。目前，该工作已在CCS Chemistry “Just Published”在线发表。

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Biocompatible Chemically Fueled Transient Polymer Nanoparticles for Temporally Programmable in Vivo Imaging

Chunyu Pan, Jiajun Xu, Liang Wang, Yiyang Jia, Jiahui Li, Guancheng Liu, Shoujun Zhu, Bai Yang and Yunfeng Li *

Cite this by DOI：10.31635/ccschem.022.202201893

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