综述：Janus纳米马达的制备与生物医学应用

这篇综述系统阐述了Janus纳米马达（JNMs）这一前沿纳米技术的制备策略及其在生物医学领域的创新应用。文章详细分析了JNMs独特的非对称结构如何赋予其环境适应性、多场响应及高效运动等特性，并依据动力源将其分为外场驱动（光、磁、声、电）、燃料驱动（酶、自驱动）及复合驱动三大类。通过对比不同制备方法（如相分离、自组装、掩模法）的优劣，文章重点探讨了各类JNMs在靶向给药、血栓消融、肿瘤穿透及生物传感等场景中的突破性进展，同时指出了其在规模化生产、生物安全性及临床转化中面临的挑战，为下一代智能纳米医药平台的开发提供了重要参考。

　　

Janus纳米马达的制备与生物医学应用

引言

随着纳米技术的飞速发展，纳米马达因其在靶向递送、成像、生物催化等领域的突破性应用而备受关注。其中，Janus纳米马达凭借其独特的非对称结构和可控运动机制，已成为纳米马达研究的前沿热点。Janus概念源于罗马双面神，其材料概念由法国科学家Pierre于1991年首次提出。这种各向异性结构使得JNMs能够将环境能量或自身特性转化为自主运动能力，从而在生物介质中实现主动靶向，标志着纳米医学向智能化迈进的关键一步。

JNMs的制备

JNMs的非中心对称结构由至少两种不同化学性质、官能团或极性区域以多种形状不对称分布构成。主要的合成策略包括相分离、自组装和掩模法。

相分离策略基于物质相容性差异，通过调节温度诱导溶剂蒸发和相分离，形成不同区域的JNMs。其中，微流控策略能制备粒径均一、形貌可控的JNPs，但难以实现大规模生产；种子介导聚合策略则通过种子颗粒表面引发聚合反应，精确构建特定结构的JNMs，更适合聚合物组装。

自组装策略利用溶液或界面处基本结构单元自发形成有序结构，操作简便、成本较低，尤其适合制备小尺寸JNMs，但在构建大结构单元方面仍处于早期阶段。

掩模法则通过掩蔽均质粒子一侧，对另一侧进行物理或化学修饰，进而获得各向异性的JNMs。溅射策略和Pickering乳液法是常用方法，前者可精确控制金属薄膜形状和厚度，但产率较低；后者利用固体颗粒在油水界面的吸附稳定作用，易于制备双面粒子。

外场驱动JNMs

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  光驱动JNMs：利用结构材料的光热、光电或光化学反应产生驱动力。近红外（NIR）光驱动的JNMs可通过光热效应产生温度梯度，以“自热泳”形式高效运动，增强与靶标接触机会，并可与免疫治疗等多种疗法结合，应用于药物递送、血栓消融和肿瘤穿透。例如，J-CeM@Au纳米马达能有效穿透牙周炎生物膜；抑制剂偶联的JNM-1在NIR驱动下表现出更高的血脑屏障穿透能力，为阿尔茨海默病治疗提供新思路。
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  磁驱动JNMs：通过磁场与JNMs中磁性组分的相互作用实现运动控制，具有高精度、强穿透力和靶向聚集能力。例如，基于Janus磁性光子晶体微球编码的多重分析平台，可用于膀胱癌尿液外泌体的非侵入性检测；载有瑞戈非尼和多柔比星的Janus微载体在交变磁场控制下，能实现双化疗药物的协同释放，有效治疗肝细胞癌。
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  超声驱动JNMs：利用超声空化效应产生驱动力，具有良好的生物相容性和可控性，适用于液体环境。例如，负载尿激酶型纤溶酶原激活物和白藜芦醇的微电机，能在血栓部位过氧化氢（H₂O₂）触发下产生二氧化碳（CO₂）气泡，增强其在血栓中的穿透力，实现靶向溶栓和内皮修复双重功能。
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  电驱动JNMs：依靠交流电场诱导金属-介电质不对称结构内部产生表面不对称电荷分离，产生介电泳力驱动运动。这种驱动方式不依赖有毒化学燃料，核心材料生物相容性高，能克服肿瘤基质等生理屏障。金属-介电复合JNMs在模拟肿瘤间质液中，通过接触电荷电泳可实现高效运动，为三阴性乳腺癌等疾病的靶向治疗提供新策略。

燃料驱动JNMs

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  酶驱动JNMs：利用酶（如葡萄糖氧化酶GOx、脲酶、过氧化氢酶CAT）催化生物燃料（如葡萄糖、尿素、H₂O₂）产生浓度梯度或气体驱动运动。其优势在于生物相容性好、反应底物选择广泛。例如，GOx不对称修饰的血小板膜包被JNMs（GPNP-PA）能将葡萄糖转化为运动驱动力，靶向递送溶栓药物至血栓部位；基于中空介孔二氧化硅纳米颗粒（HMSNPs）的JNMs可负载多种酶，实现更广泛的医学应用。然而，酶活性易受pH、温度等因素影响，且某些酶促反应产物（如H₂O₂）可能存在细胞毒性。
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  自驱动JNMs：依靠自身组分发生化学反应，产生气体（如O₂、CO₂）的反作用力提供动力，无需外部助力。例如，以CaO₂纳米颗粒为核心的JNMs，在酸性生物膜微环境中分解产生O₂和H₂O₂，O₂驱动纳米颗粒穿透生物膜，同时产生的活性氧（ROS）和一氧化氮（NO）协同发挥高效抗菌和促血管生成作用，用于治疗糖尿病足溃疡；由改性微孔淀粉（MSS）和花状碳酸钙（CaCO₃）晶体构成的Janus止血颗粒，利用CaCO₃与质子化氨甲环酸（TXA-NH₃⁺）的酸碱反应产生CO₂气泡驱动运动，结合微孔淀粉的吸附能力和凝血酶的促凝作用，实现深部不规则出血的高效止血。

复合驱动JNMs

单一驱动方式的JNMs在复杂环境中存在动力不足、组织穿透有限、速度调节方式单一等局限。复合驱动JNMs整合两种或以上驱动方式，实现优势互补。例如，酶和光共同驱动的SiO₂@Au&PMO-酶纳米复合材料，可利用NIR作为“光学刹车”远程调节酶驱动速度；自驱动和光驱动结合的TiO₂/Au/Pt JNMs，通过调节表面化学反应实现动态运动控制；磁性和酶驱动结合的JNMs，通过多层酶组装显著提升运动速度，并利用磁场实现运动方向调控。复合驱动系统能更好地克服单一驱动模式的局限性，拓展其在生物医学中的应用潜力。

临床转化挑战与展望

JNMs在向临床转化过程中面临毒性、规模化生产、体内行为及监管等多重挑战。金属组分的长期生物安全性、复杂制备工艺导致的高成本、复杂生理环境中的性能干扰以及缺乏统一的临床级质量标准是主要障碍。未来，通过开发可降解材料（如Fe₃O₄、聚乳酸PLA）、创新制备方法（如3D打印、纳米压印）、利用人工智能（AI）辅助设计以及推动专用监管指南的制定，有望推动JNMs的临床转化。展望未来，JNMs将在智能药物递送系统、诊疗一体化平台、微观手术及罕见病治疗等领域带来革命性突破，为人类健康带来更多福祉。

结论

JNMs凭借其主动运动能力和多功能集成特性，在恶性肿瘤、缺血性疾病、感染性疾病及血栓性疾病等多种疾病的治疗中展现出巨大应用潜力。通过精确匹配不同驱动机制与疾病治疗需求，JNMs为高效治疗提供了创新的纳米工具。尽管在规模化制备、生物安全性和临床转化方面仍面临挑战，但随着材料科学、制备技术和驱动策略的不断创新，JNMs有望引领纳米医学进入智能化时代。