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复旦赵东元院士/李晓民教授/赵天聪研究员jacs:合成纳米尺度的羽毛球
纳米人 2023-09-25

许多人都有自己的运动经验,不同运动项目的特点让人印象深刻。例如,当我们谈到羽毛球和足球时,它们的飞行轨迹差异明显。羽毛球的飞行轨迹通常非常稳定,几乎像是一条丝线一样,而足球的飞行轨迹却变幻莫测,有时甚至显得飘忽不定。这种现象的背后是流体力学性质的差异,主要源自羽毛球和足球的独特结构。羽毛球的设计独特,它的质量主要集中在头部,这一特点直接影响了它在空气中的飞行动力学表现。由于羽毛球的底部相对轻盈,而头部较重,这种分布使得羽毛球在飞行时拥有非常稳定的空气动力学特性。

羽毛球这种质量分布不均匀性带来的独特运动行为,在许多领域都得到了应用。在纳米医学领域,纳米粒子的体内循环、富集、代谢同样与其运动行为高度相关。假如能够在单个纳米粒子内构筑质量分布的非对称性,制备纳米尺度的羽毛球,羽毛球的结构与动力学关系在纳米尺度是否仍然会延续?这些猜想十分有趣,引人遐想。然而,尽管已经报道了许多种各向异性的纳米粒子,但尚未制备出具有类似羽毛球结构的纳米粒子。  


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复旦大学赵东元院士、李晓民教授等通过全新的片状胶束各向异性褶皱组装的策略,制备了具有高度生物相容性的羽毛球状fe3o4&mpda非对称纳米粒子。该纳米粒子有一个直径~ 100 nm的fe3o4纳米粒子“头”,和截锥形状,底座直径200 nm高250 nm的mpda“羽”。我们利用纳米羽毛球来研究纳米颗粒的构造、流体动力学、器官吸收效率和血液循环之间的关系。暗场显微镜-微流体系统和计算模拟表明,与球形fe3o4@mpda纳米颗粒相比,类似羽毛球的结构赋予了fe3o4&mpda纳米羽毛球一倍的下行速度,只有1/3的横流方向运动,与血液血管壁的相互作用频率降低了约50 %。体外血流模拟证明纳米羽毛球的吸收率比纳米球少40%。体内评估证实,羽毛球状纳米颗粒的肝脏吸收量减少了15 %,血液循环半衰期延长了一倍,这是因为线性运动减少了纳米颗粒与血管壁的接触。该工作将纳米颗粒的构建、生物流体动态、器官清除和血液循环时间联系起来,提出了理解纳米颗粒体内行为的新视角,为生物医学领域的纳米材料制造铺平了一条新的途径。

                  

相关论文近期发表于j. am. chem. soc.,第一作者为复旦大学博士后赵天聪(现为复旦大学化学与材料学院青年研究员),通讯作者为复旦大学化学系李晓民教授和赵东元院士。

         

参考文献:

tiancong zhao, xiaomin li*, dongyuan zhao* et al. mesoporous nano-badminton with asymmetric mass distribution: how nanoscale architecture affects the blood flow dynamics. j. am. chem. soc., 2023, doi.org/10.1021/jacs.3c07097

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07097        

         

课题组简介:

赵东元院士,中国科学院院士、第三世界科学院院士。主要从事介孔材料的可控合成及催化、能源、环境、生物应用研究,发展合成了19种复旦大学命名的介孔材料及系列新组分、结构的有序介孔材料,提出了一系列合成新方法体系,取得了国际公认的开创性成果。在国际重要刊物上发表论文近800篇,包括science, nature, nat. mater., nat. chem., jacs, angew, adv. mater等顶级期刊,被引13万余次,h指数178(谷歌学术),连续多年(2011-2021)被列为全球化学、材料两个领域高被引科学家和中国最具国际影响力科学家。获得了多项国内外重要奖项,包括国家自然科学一等奖(2020)、国际介观结构协会成就奖(2008)、何梁何利科技进步奖(2009)、印度化学会rao award(2013)、发展中国家科学院科学奖(2016)、中国分子筛成就奖(2017)、中国化学会化学贡献奖(2018)、khwarizmi 国际奖(2019)、nano research award(2020)、acs nano award(2021)等。

         

课题组常年招收博士后,欢迎交流合作,感兴趣的同学可联系: zhao_tc@fudan.edu.cn或zhaotc@outlook.com。

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