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  近期，南京大學武偉教授、蔣錫群教授課題組合成了體積和化學結構幾乎相同的蠕蟲狀和球狀單分子聚合物納米材料，揭示了幾何形狀對納米材料生物性能的影響規律。相關成果以“Shape Effects of Cylindrical versus Spherical Unimolecular Polymer Nanomaterials on in Vitro and in Vivo Behaviors”發表在Research上（DOI：10.34133/2019/2391486)。該工作得到了科技部變革性技術重點專項、納米技術重點專項以及國家自然科學基金等項目的支持。

  幾何形狀是影響納米材料生物性能的重要因素之一，由于納米材料的幾何形狀非常難以控制，研究形狀對納米材料生物性能的影響規律是長期以來的一個難點。在研究形狀效應時，為摒除其他因素的干擾，要確保形狀是唯一的變量，這對于納米材料的制備是一個極大的挑戰。因此目前人們對于在體積和化學結構相同的情況下，納米材料的形狀如何影響其生物性能知之甚少。

  近期南京大學武偉教授、蔣錫群教授課題組充分利用活性自由基聚合良好的可控性和點擊化學的高效率，通過對分子量和化學結構的精準控制，合成了體積和化學結構幾乎相同的蠕蟲狀和球狀單分子聚合物納米材料，分別命名為CPBs和SPNPs。其中蠕蟲狀的CPBs是以疊氮修飾的聚甲基丙烯酸縮水甘油酯為主鏈，PEG為側鏈的刷形聚合物，其長度約為203 nm，直徑約為17 nm（圖1（a)）。球形的SPNPs可以看成由以β-環糊精為核的21個刷形聚合物組成，其在干燥狀態下的直徑可達45 nm，通過對分子量的精準控制，可使其具有與CPBs相同的體積（圖1（b））。

圖1 CPBs (a)和SPNPs (b)的原子力顯微鏡照片

  凝膠滲透色譜測試結果顯示CPBs和SPNPs均具有非常窄的尺寸分布，它們的多分散系數（PDI）分別為1.13和1.11（圖2），充分體現了該合成策略的精準可控性。而且兩種材料均具有良好的水溶性，外圍含有眾多的氨基，可以用來對其進行功能化修飾。

圖2 CPBs和SPNPs的GPC譜圖

  這項研究系統地分析了CPBs和SPNPs的體內和體外生物性能，實驗結果證實：與球狀SPNPs相比，同體積的蠕蟲狀CPBs具有更高的細胞攝取、更易于被巨噬細胞吞噬、更高的組織滲透能力和更快的體內清除速率（圖3）；而球狀PSNPs則具有更長的血液循環時間、更易于從腫瘤血管溢出（圖4）以及更高的腫瘤富集（圖3）。

圖3  靜脈注射18F標記的蠕蟲狀CPBs和球狀SPNPs后不同時間點荷瘤小鼠的3D microPET照片

圖4 靜脈注射羅丹明標記的蠕蟲狀CPBs（a）和球狀SPNPs（b）后不同時間點荷瘤小鼠腫瘤局部的活體共聚焦成像

  該工作準確地揭示了納米材料的形狀對其生物性能的影響規律，對生物醫用納米材料的設計具有重要的指導意義。另外，該工作也提供了一種蠕蟲狀和球狀單分子納米材料的精準合成策略，利用該策略所合成的這兩類納米材料均可覆蓋較寬的尺寸范圍，比如蠕蟲狀單分子納米材料的長度可以在幾十納米到微米級之間精確調控，而球狀單分子納米材料的直徑則可以在幾納米到幾十納米之間精確調控，因此該工作可能會推動可精準合成的高分子納米材料的快速發展。

  論文鏈接：https://spj.sciencemag.org/research/2019/2391486/