2025年4月30日（北京時(shí)間），國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）雜志在其官方網(wǎng)站上刊登了題為“A battery-free nanofluidic intracellular delivery patch for internal organs”的學(xué)術(shù)論文。該論文由北京航空航天大學(xué)、北京大學(xué)第三醫(yī)院、西北工業(yè)大學(xué)等12家單位攜手完成。我校機(jī)電學(xué)院郝永存副研究員為論文共同第一作者。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08943-x
論文介紹了一種柔性可植入式電子貼片（NanoFLUID），它融合了柔性電子、微納加工等前沿科技，具備無線控制、極致輕薄以及易貼附等優(yōu)勢，能夠像創(chuàng)可貼一樣便捷地貼附在生物體器官表面，精準(zhǔn)地將藥物送達(dá)靶器官部位以及細(xì)胞內(nèi)部。該生物電子貼片獨(dú)特的“納米孔-微通道-微電極”三維結(jié)構(gòu)，使其能夠在低電壓條件下安全地對(duì)細(xì)胞膜進(jìn)行穿孔，并巧妙借助納米孔道內(nèi)產(chǎn)生的超高電場強(qiáng)度，將大分子或基因藥物分子以超越傳統(tǒng)遞送速度的方式，安全、快速且高效地送入目標(biāo)細(xì)胞之內(nèi)（圖1）。這一技術(shù)作為生物電子學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)具有范式革新意義的突破，為內(nèi)臟器官靶向治療開拓了全新路徑：其一，無源無線的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)深部器官的精準(zhǔn)干預(yù)；其二，打破了傳統(tǒng)給藥方式所面臨的細(xì)胞膜屏障限制，顯著提升了藥物遞送的時(shí)效性；其三，該平臺(tái)技術(shù)展現(xiàn)出極強(qiáng)的拓展性，不僅可針對(duì)癌癥、創(chuàng)傷等重大疾病開發(fā)新型治療方案，還能作為研究工具，有力推動(dòng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)。
圖1：NanoFLUID實(shí)現(xiàn)內(nèi)臟器官精準(zhǔn)給藥
柔性可植入式電子貼片的設(shè)計(jì)和加工面臨極大挑戰(zhàn)，載藥倉需同時(shí)滿足小巧的體積、足夠的藥物裝載量以及與無源電場模塊完美連接的要求。研究團(tuán)隊(duì)嘗試了多種方案，最終選擇在載藥倉內(nèi)部設(shè)計(jì)多個(gè)微柱以形成微流道，并利用虹吸效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了藥物的快速裝填與排出。我校郝永存副研究員與常洪龍教授在電子貼片的設(shè)計(jì)及制造方面傾注了大量心血，成功建立了“納米孔-微通道-微電極”三維結(jié)構(gòu)的電學(xué)、熱學(xué)及力學(xué)模型（圖2），有力證明了納米孔通道能夠安全、高效且精確地在細(xì)胞膜上穿孔；攻克了聚合物-金屬多層微納結(jié)構(gòu)制造技術(shù)難關(guān)，并依托我校“空天微納系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”的微納制造平臺(tái)，完成了電子貼片的精密制造（圖3）。郝永存副研究員自2019年項(xiàng)目啟動(dòng)之初便投身其中，直至2022年投稿，期間器件的整體設(shè)計(jì)與加工工藝隨著生物體內(nèi)應(yīng)用場景的拓展而不斷更新完善。從2022年投稿到2025年被接收，又歷經(jīng)兩年多的反復(fù)修稿打磨，這項(xiàng)重要成果才最終得以在《自然》雜志發(fā)表。
圖2：柔性可植入式電子貼片的多物理場分析模型
圖3：柔性可植入式電子貼片的部分微觀結(jié)構(gòu)
西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院“空天微納系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”成立于2011年，是國內(nèi)較早開展微機(jī)電系統(tǒng)研究的單位之一。實(shí)驗(yàn)室面向航空、航天、航海，致力于實(shí)現(xiàn)裝備的微型化、集成化、信息化。獲得國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)，基礎(chǔ)加強(qiáng)重點(diǎn)項(xiàng)目，民機(jī)專項(xiàng)，國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目等各類重點(diǎn)項(xiàng)目190余項(xiàng)，獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，國家教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)一等獎(jiǎng)5項(xiàng)，二等獎(jiǎng)19項(xiàng)，2024年入選國家級(jí)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。近年來，實(shí)驗(yàn)室布局了醫(yī)工結(jié)合、量子傳感、分子制造等前沿方向，將為制造強(qiáng)國、航空強(qiáng)國建設(shè)作出新的貢獻(xiàn)。
郝永存副研究員，現(xiàn)任“空天微納系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”副主任。長期從事MEMS傳感技術(shù)研究，聚焦微型傳感器設(shè)計(jì)、微納加工技術(shù)和多物理場耦合仿真等研究方向。主持國家自然科學(xué)基金、國家級(jí)軍口項(xiàng)目等10余項(xiàng)；獲陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)、陜西省國防科學(xué)進(jìn)步一等獎(jiǎng)、陜西高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)；發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文30余篇、授權(quán)國家發(fā)明專利10余項(xiàng)。
（來源：機(jī)電學(xué)院；審核：常洪龍）
