近红外光驱动金属有机框架纳米机器人实现光热-化学协同精准诱导肿瘤细胞凋亡

这篇研究创新性地设计了一种碗状PDA@UiO-66纳米机器人，通过整合聚多巴胺（PDA）的光热转换性能与金属有机框架（MOFs）的高载药特性，实现了近红外（NIR）光控自驱动运动（10.63 μm/s）和温度响应性阿霉素（DOX）释放（载药率77.22%）。该平台突破传统纳米载体运动与释药解耦的技术瓶颈，在MCF-7乳腺癌模型中展现出显著增强的协同治疗效果（细胞存活率降至22.25%），为肿瘤精准治疗提供了新型多功能集成化解决方案。

　　

1 引言

近年来，兼具诊断与治疗功能的多功能纳米平台在肿瘤协同治疗领域展现出巨大潜力。其中，光热治疗（PTT）凭借近红外（NIR）光控下的选择性热消融能力，成为极具前景的精准治疗手段。然而传统PTT材料如贵金属纳米颗粒存在生物相容性差、载药效率低等局限。本研究通过整合聚多巴胺（PDA）的优异光热性能（η=34.4%）与锆基金属有机框架UiO-66的高比表面积（130 m²/g），构建出具有不对称结构的碗状纳米机器人，实现运动-释药-治疗的多功能协同。

2 结果与讨论

2.1 纳米机器人表征

采用乳液模板各向异性组装法合成的碗状PDA@UiO-66纳米机器人直径约300 nm（SEM验证），XPS分析证实Zr 3d_5/2（182.7 eV）和Zr 3d_3/2（185.0 eV）特征峰。N₂吸附测试显示UiO-66修饰使比表面积提升6.5倍，为药物负载提供丰富活性位点。

2.2 光热性能

在808 nm激光（1 W/cm²）照射下，200 μg/mL纳米机器人溶液10分钟内升温25.5°C，显著高于纯水（ΔT=4.3°C）。四轮光热循环测试中转换效率波动仅2.7%，证明优异稳定性。

2.3 运动行为

不对称结构产生的热梯度驱动纳米机器人定向运动，速度与激光功率正相关（0.5 W/cm²时7.33 μm/s，1 W/cm²时10.63 μm/s）。MSD分析显示1 W/cm²照射下扩散系数达28.83 μm²/s，较无光照提升22.9倍。

2.4 载药性能

通过π-π堆积和金属螯合作用，DOX负载效率达77.22%。荧光显微镜显示载药纳米机器人呈现特征红色荧光，UV-vis标准曲线定量证实pH/NIR双重响应释放特性。

2.5 细胞杀伤

在MCF-7乳腺癌模型中，NIR照射（1 W/cm²）使PDA@UiO-66@DOX组细胞存活率降至22.25%，显著优于单纯化疗组（29%）。活-死染色显示激光功率增强可促进PI红色荧光强度，验证光热-化学协同效应。

3 结论

该研究成功开发出集自主运动、精准控释和协同治疗于一体的纳米机器人系统。碗状结构设计不仅增强肿瘤穿透性，更通过NIR触发自热泳运动（10.63 μm/s）和热响应释药（0.231 mM/24h）的协同作用，为克服传统纳米载体局限性提供了创新解决方案。

4 实验方法

采用Pluronic F127模板法合成碗状PDA，140°C溶剂热反应生长UiO-66。通过CCK-8法和钙黄绿素-AM/PI双染评估细胞毒性，红外热像仪记录光热转换过程，高速显微成像系统分析运动轨迹。