哈工大贺强&吴英杰团队Angew：运用纳米机器人突破血液层流限制实现血栓精准治疗

人体血液循环系统因血管内径较小、血液黏度较高而大多处于低雷诺数，血液大多以层流形式流动。“层流不可跨越”成为制约药物和纳米载体有效扩散到病变部位的屏障，也是大多疾病特别是心血管疾病药物治疗效果不佳的重要因素。如何克服血液层流影响实现药物精准治疗是当前药物靶向递送领域的重大挑战。

近日，哈尔滨工业大学贺强、吴英杰教授团队和哈尔滨医科大学附属第二医院超声医学科冷晓萍教授合作在医用游动纳米机器人领域取得重要研究成果，受游动细菌必须突破层流限制实现觅食的启发，实现了载药游动纳米机器人集群突破血液层流屏障精准治疗血栓。在这项研究中，研究团队在真空条件下将脂肪酸、尿激酶和粒径约 20 nm 的四氧化三铁纳米粒子混合溶液注入通过低聚物水热聚合制备的纳米烧瓶中，成功构建一种基于戊聚糖的烧瓶状磁性纳米机器人（图1）。该纳米机器人在水溶液和生物介质中表现出良好的分散性，并展现出超顺磁性特性。在外加磁场作用下能够快速响应并实现定向运动，且在撤去磁场后无残余磁性，从而确保了良好的生物安全性和可控性。

图1. 纳米机器人制备示意图及表征。

在旋转磁场的驱动下，磁性纳米机器人可触发动态自组装。受基底限域效应影响，其集群呈现定轴旋转特性，从而显著增强流体空间分布的各向异性，形成动态涡旋状集群。该涡旋运动能够显著破坏血栓周围的层流限制，从而增强纳米机器人与病灶的相互作用。同时，涡旋纳米机器人集群产生的旋转流体有效限制了纳米机器人释放药物的扩散，使局部形成高浓度药物聚集区，提高治疗效率。通过粒子图像测速分析和超声血流矢量成像技术，进一步验证了该涡旋状纳米机器人集群在体外和体内环境中突破层流限制的能力（图2）。

图2. 涡旋状纳米机器人集群受控运动及突破狭窄通道模型中的层流限制。

体外狭窄血管模型和大鼠下腔静脉狭窄血栓模型的实验结果表明，纳米机器人集群能够突破层流屏障，将尿激酶精准递送至血栓部位，有效清理附着于血管壁的陈旧性致密血栓，并显著提高了血栓清除效率（图3）。多普勒超声成像结果显示，纳米机器人集群可在6分钟内清除4 mm大鼠深静脉血栓，突显其在血栓性疾病治疗中的重要临床应用潜力。

该研究首次验证了纳米机器人集群在血栓治疗中突破层流限制实现精准靶向给药的能力，打破了传统给药受限于层流屏障导致靶向效率低的瓶颈，在微纳尺度的流体环境中揭示了药物递送机制，拓展了血栓靶向治疗的研究范畴，为载药游动纳米机器人精准治疗血栓及相关疾病提供理论和技术基础。

图3. 涡旋状纳米机器人集群突破大鼠血管内的层流限制及血栓靶向治疗。

这一成果以“利用可重构涡旋状纳米机器人群突破血栓治疗中层流的限制”（Breaking the Limitation of Laminar Flow in Thrombolytic Therapy with Reconfigurable Vortex-like Nanobot Swarms）为题发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition），并被选为VIP、Hot Paper。哈尔滨工业大学贺强教授、吴英杰教授和哈尔滨医科大学附属第二医院超声医学科冷晓萍教授为论文通讯作者，博士研究生杨婷新为论文第一作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Breaking the Limitation of Laminar Flow in Thrombolytic Therapy with Reconfigurable Vortex-Like Nanobot Swarms

Tingxin Yang, Tieyan Si, Yingjie Wu, Jinhong Liu, Luru Dai, Xiankun Lin, Mingjun Xuan, Xiaoping Leng, Qiang He

Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202425189

导师介绍

贺强

https://www.x-mol.com/university/faculty/46676 

吴英杰

https://www.x-mol.com/university/faculty/360067