基于高分子单晶的人工纳米马达的研究

Inspired by biological nanomotors, scientists have developed man-made nanomotors using nanofabrication method, which can move autonomously, propelled by a fuel and is capable of performing different complex tasks in biomedical applications. Due to the limitation in the fabrication method, researches in man-made motor haven't achieved mass production and biodegradability, which are the crucial steps towards its biomedical applications. In this project, we primarily use biodegradable polymer and nanoparticle as the building block to fabricate a man-made nanomotor based on polymer single crystal through bottom up strategy, which is suitable for mass production. By properly selecting the functional polymeric material for polymer single crystal, carefully controlling the polymer crystallization process and introducing different types of nanoparticles, we will be able to achieve a nanomotor that possess multi-functionalities, including catalysis, autonomous movement, cargo transportation, sensing and degradability. Current project will promote the development of man-made nanomotor in biomedical applications.

在自然界中存在的基于催化反应的生物纳米马达的启发下，利用纳米构造手段，人们发展出了能够在燃料推进下自主运动，并且可以在生物医学方面找到应用的人工马达。但是由于受到构造方法的限制，目前人工马达的研究还没有解决大批量生产以及实现可降解功能等对于其在生物医学方面的应用很关键的问题。在本项目中，我们提出以生物可降解高分子和纳米粒子为基本构筑单元，通过自下而上的方法将两者组装起来，从而发展出适合大批量生产的基于高分子单晶的人工纳米马达。另外，通过对高分子单晶材料的选择，高分子结晶过程的控制以及不同类型纳米粒子的引入，我们将可以实现具有催化、自主运动、货物装载及输运、传感以及可降解等多种功能的人工纳米马达的构筑。此项目的开展，对于推动人工纳米马达在生物医学方面的应用有积极的意义。

在国家自然科学基金青年项目的资助下，本项目主要研究了末端官能化聚几内酯高分子的合成和表面官能化聚几内酯高分子单晶的可控构造。通过组装的方法实现了多功能化高分子单晶的制备并研究了其催化性质。基于催化反应，实现了基于高分子单晶的纳米马达的构造，研究了其功能并探索了其潜在的应用。本项目完成了既定目标，取得了一系列的研究成果：发展出通过自下而上的组装方法构造纳米马达的方法；实现了基于高分子单晶的纳米马达的构造并探索了其运动机理；实现了将自主运动，可控运动，货物输运，可降解，缓释以及传感等多种功能集于一身的纳米马达的构造；发展了提升基于高分子单晶的纳米马达运动速度的方法；研究了构造人工纳/微马达的新方法并探索了其应用；发展出了全高分子纳米马达；发展了基于高分子材料的纳米马达的低成本，大批量构造方法。另外，高分子材料的引入能够提高纳米马达的环境友好性，对于其在环境净化以及生物医学方面的应用有重要的意义。研究工作以论文的形式发表在Nano Research, Nanoscale, ACS Applied Materials and Interfaces等杂志上面17篇，被Advanced Materials, Nanoscale等杂志引用54次。申请专利3件，授权1件。发表综述1篇。组织/参加国际国内会议9次并做学术报告。培养博士2名，硕士8名，已毕业4名。