基于光热转换构筑近红外光响应的形变高分子微粒

With respect to less detrimental to healthy cells and deeper penetration deeper into biological tissue, near infrared (NIR) light appears to be the most versatile actuator for engineering smart materials or devices that can be applied in biological systems. In an effort to overcoming the barriers in drug delivery, we formulate a concept to remotely actuate the shape of drug carriers by NIR light. This unique concept is based on photothermal conversion that converts the light energy to heat, affording great convenience to locally and efficiently utilize near-IR light. To do the concept, we attempt to integrate light harvesting with thermal-induced phase transition, creating shape-switchable, shape-swelling, or self-closing polymeric particles. It is envisioned that shape change from nonspherical to spherical can enable highly elaborate function of controllable cellular interactions, providing a platform for prolonged circulation and targeted accumulation. Shape swelling is anticipated to offer great opportunity to locally seal the blood vessel by polymeric particles, providing a new strategy to isolate tumor tissue till death. Self-closing porous particles are expected to trap biomacromolecules, providing a new strategy to reduce the locally enriched DNA or RNA that causes the inflammation.

近红外光响应是近年来备受关注的一种新型远程刺激响应。由于其生物透明、低损害、局域响应等特点，在生命医疗领域显示了极大的应用前景。本项目试图将近红外光热转换基元与高分子材料进行有序组装，设计研究具有潜在生物学应用意义的光响应形变微粒：光控形变微球、光控膨胀微胶囊和光控闭合多孔微球。形变微球通过完成非球形到球形的光控转变，实现微球与不同细胞的相互作用，进而为解决传统药物载体所面临的循环时间和靶点作用效果难以兼顾的矛盾提供新思路；膨胀微胶囊通过完成微胶囊尺寸上的可控膨胀，模拟研究微胶囊在血管内的栓塞作用,由此可为解决传统肿瘤栓塞剂易造成全身血管栓塞的难题提供新途径;闭合多孔微球通过完成多孔结构到封闭结构的转变，实现微球对生物大分子的捕获，最终可为消除由于DNA和RNA局部浓度过大而引发的炎症紊乱提供一种新策略。该项目旨在从材料构筑的角度为癌症治疗和烧伤消炎两类问题提供新的解决思路。

智能响应形变高分子是一类基于发展前景的新型高分子。该类高分子能够在外界刺激条件下做出形态的调节或者改变。相对于化学操控手段，非接触的远程刺激响应因为操作简单，并且不引入其它新的化学物质备受青睐。其中，对生理组织具有深穿透能力的近红外光兼具简单、安全、清洁、廉价、易于使用等诸多优点，更为受到关注。然而，目前报道能直接对近红外光响应的高分子材料，尤其是能做出形状变化的高分子材料仍然较少。光热转换是利用和检测近红外光的一种新途径，它是指利用能吸收近红外光光子的“黑材料”，将光能转化为热能，间接作用于所负载的热敏聚合物上。相比于传统利用近红外光的方式，包括双光子吸收及稀土上转换，基于光热转换的途径极大地提高了光的利用效率。本项目通过将光热转换基元与聚合物相变材料相结合，制备出一系列具有近红外光响应的聚合物微球。项目在发展新的乳液方法、建立聚合物粒子形变方式、提高近红外光利用效率、以及拓展近红外光热新的应用范畴几个方面进行了一些尝试性工作并取得了阶段性成果。项目具体内容和研究成果如下：（1）基于超分子相互作用调节高分子的两亲性，在无小分子表面活性剂的辅助下一步法制备出简单乳液或复杂乳液，并实现各种乳液形态之间的可控转换，极大地丰富颗粒制备的方法与技术。（2）操控聚合物粒子的形变具有重要的生物医用价值，但目前尚无有效手段能够在生理条件下实现这一目标。该项目通过光热转换引起聚合物相变进而实现了光控粒子形变，为生物组织内完成这一挑战提供一种可能；（3）提出了基于光热转换构筑近红外光传感器的概念，为制备低成本、柔性、环境友好的近红外光传感器提供了一种新策略。.在基金的资助下，共发表项目号（51373197）标注的论文37篇；申请国家发明专利7项，已授权3项；培养研究生19人，其中已毕业6人。