这篇文章属于类型b(综述文章),以下是基于全文内容撰写的学术报告:
作者团队由Zahra Rahiminezhad、Ali Mohammad Tamaddon、Sedigheh Borandeh和Samira Sadat Abolmaali组成,研究所属机构为伊朗Shiraz University of Medical Sciences的Nanotechnology in Drug Delivery中心和Pharmaceutical Nanotechnology Department。本文发表于Applied Materials Today期刊(2020年第18卷,编号100513),文章题为”Janus Nanoparticles: New Generation of Multifunctional Nanocarriers in Drug Delivery, Bioimaging and Theranostics”。
本文围绕Janus Nanoparticles(简称JNPs,译为“Janus纳米粒子”)这一研究领域,进行系统性的综述和讨论。Janus纳米粒子以其非对称结构及多功能特性吸引了大量研究者的关注,其在药物递送(drug delivery)、生物成像(bioimaging)和诊疗结合应用(theranostics)等方面展现出巨大的潜力。文章的主要目标是通过JNPs的概念、制备方法及其在药物输送和诊疗领域的应用,提供一个全面的综述,为科研人员开辟可能的研究方向。
Janus纳米粒子得名于古罗马双面神Janus,指具有化学或物理非对称性的纳米颗粒。它们通常由两个不同的半球组成,每一边在极性、化学组分或表面活性等方面存在显著差异。这种独特结构赋予JNPs双重功能或多功能特性。
根据结构特征,JNPs主要分为“patchy JNPs”(特性不均匀表面颗粒)和“compartmental JNPs”(具有隔室结构的颗粒)。此外,根据表面特性,JNPs还包括两亲性(如一侧亲水、一侧疏水)和双极性(如一侧带正电荷、一侧带负电荷)的颗粒。不同组成和表面修饰使其成为多功能载体,可用于协同药物递送、实时图像追踪以及其他复杂生物应用。
JNPs在纳米材料科学和生物医学中具有广泛应用,例如药物递送、诊疗结合、纳米马达、催化剂及稳定剂等。尤其在药物递送领域,其非对称结构使得同时递送亲水和疏水药物成为可能,大大提高治疗效果。
文章详细综述了当前流行的JNPs制备策略,并按照原理将其分类为三种:Masking、Phase Separation和Self-Assembly。
Masking法指先用屏蔽剂覆盖纳米粒子的一侧,再在另一侧进行化学修饰。例如,通过Pickering乳液法,固体颗粒可被嵌入油-水界面以阻止粒子的任意旋转,从而进行选择性改性。
Masking策略优点在于获得具有不同表面修饰的JNPs,适合制备无机或有机-无机组合颗粒,但受限于复杂表面结构的隔间结构难以实现。
Phase Separation法通过选择性相分离生成隔室化结构粒子。该方法包括电动静液流喷射技术(EHD co-jetting)、表面成核、液体微流控系统等。
例如,在EHD co-jetting中,两种不同溶液通过毛细管并排注入后,在外界刺激(如电场下双液体分离)作用下自组装为具有隔间结构的颗粒。
此方法利用嵌段共聚物在溶液中的自组装行为形成粒子。例如通过调节亲水/疏水嵌段链长比值(即“Janus均衡”),控制其最终形貌生成哑铃形、雪人形等多样纳米粒子。
JNPs卓越的性能使其成为新一代药物递送系统的重要工具。
JNPs可同时载有亲水性和疏水性药物。文章提供了多个实例:如以PLGA制备的JNPs,可同时载有多柔比星(Doxorubicin,Dox)和紫杉醇(Paclitaxel);在另一研究中采用Janus硅纳米复合材料分别递送疏水性紫杉醇和亲水性Dox,实现差异药物的协同治疗。
文献指出,JNPs展示出对外界刺激的响应能力,例如ph/NIR双触发药物释放或热敏感释放。这种智能化的响应机制特别适合于需要精准控制药物释放速率和时机的抗肿瘤治疗。
研究表明,JNPs在诊疗领域表现出优异能力。例如,某类磁性穹顶形JNPs(M-MSIO2)在体内呈现低毒性,可用于磁触发策略的肿瘤治疗。此外,另一些金属Janus纳米载体实现了超声成像辅助的诊疗结合。
本文的重要观点在于系统阐述了JNPs从制备到应用的全链条方法学及其优点。具体为:
1. 制备方面:文章以详尽而清晰的方式罗列了Masking、Phase Separation和Self-Assembly三种制备策略,并对各策略的适用性进行了详细探讨。每种方法的具体实现步骤均配以多个案例佐证,为读者提供具体的技术路线参照。
2. 药物递送应用:文章归纳了JNPs在药物递送中多项已有且成功的应用,特别是药物共递送技术和刺激响应释放机制的实现。这些研究不仅明确了当前取得的研究进展,还提出了多项未来可能的研究方向。
3. 融合前沿技术:JNPs整合新型表面成核技术、电喷方法以及自组装纳米技术,为制备高效、可控的多功能纳米颗粒提供了可能性,也展示了纳米科学在跨学科问题上的前景。
JNPs以其结构上的独特性、多功能性及潜在大规模应用价值,成为众多研究者瞩目的热点。文章通过全面的系统性综述,清晰展示了JNPs从概念到实践的创新发展进程,不仅为新进入这一领域的学者提供了宝贵的知识框架,也为深入应用研究的学者提出了前沿的科学问题及启发。