许多人都有自己的运动经验，不同运动项目的特点让人印象深刻。例如，当我们谈到羽毛球和足球时，它们的飞行轨迹差异明显。羽毛球的飞行轨迹通常非常稳定，几乎像是一条丝线一样，而足球的飞行轨迹却变幻莫测，有时甚至显得飘忽不定。这种现象的背后是流体力学性质的差异，主要源自羽毛球和足球的独特结构。羽毛球的设计独特，它的质量主要集中在头部，这一特点直接影响了它在空气中的飞行动力学表现。由于羽毛球的底部相对轻盈，而头部较重，这种分布使得羽毛球在飞行时拥有非常稳定的空气动力学特性。

羽毛球这种质量分布不均匀性带来的独特运动行为，在许多领域都得到了应用。在纳米医学领域，纳米粒子的体内循环、富集、代谢同样与其运动行为高度相关。假如能够在单个纳米粒子内构筑质量分布的非对称性，制备纳米尺度的羽毛球，羽毛球的结构与动力学关系在纳米尺度是否仍然会延续？这些猜想十分有趣，引人遐想。然而，尽管已经报道了许多种各向异性的纳米粒子，但尚未制备出具有类似羽毛球结构的纳米粒子。  

复旦大学赵东元院士、李晓民教授等通过全新的片状胶束各向异性褶皱组装的策略，制备了具有高度生物相容性的羽毛球状Fe₃O₄&mPDA非对称纳米粒子。该纳米粒子有一个直径~ 100 nm的Fe₃O₄纳米粒子“头”，和截锥形状，底座直径200 nm高250 nm的mPDA“羽”。我们利用纳米羽毛球来研究纳米颗粒的构造、流体动力学、器官吸收效率和血液循环之间的关系。暗场显微镜-微流体系统和计算模拟表明，与球形Fe₃O₄@mPDA纳米颗粒相比，类似羽毛球的结构赋予了Fe₃O₄&mPDA纳米羽毛球一倍的下行速度，只有1/3的横流方向运动，与血液血管壁的相互作用频率降低了约50 %。体外血流模拟证明纳米羽毛球的吸收率比纳米球少40%。体内评估证实，羽毛球状纳米颗粒的肝脏吸收量减少了15 %，血液循环半衰期延长了一倍，这是因为线性运动减少了纳米颗粒与血管壁的接触。该工作将纳米颗粒的构建、生物流体动态、器官清除和血液循环时间联系起来，提出了理解纳米颗粒体内行为的新视角，为生物医学领域的纳米材料制造铺平了一条新的途径。

相关论文近期发表于J. Am. Chem. Soc.，第一作者为复旦大学博士后赵天聪（现为复旦大学化学与材料学院青年研究员），通讯作者为复旦大学化学系李晓民教授和赵东元院士。

参考文献：

Tiancong Zhao, Xiaomin Li*, Dongyuan Zhao* et al. Mesoporous Nano-Badminton with Asymmetric Mass Distribution: How Nanoscale Architecture Affects the Blood Flow Dynamics. J. Am. Chem. Soc., 2023, doi.org/10.1021/jacs.3c07097

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07097        

课题组简介：

赵东元院士，中国科学院院士、第三世界科学院院士。主要从事介孔材料的可控合成及催化、能源、环境、生物应用研究，发展合成了19种复旦大学命名的介孔材料及系列新组分、结构的有序介孔材料，提出了一系列合成新方法体系，取得了国际公认的开创性成果。在国际重要刊物上发表论文近800篇，包括Science, Nature, Nat. Mater., Nat. Chem., JACS, Angew, Adv. Mater等顶级期刊，被引13万余次，h指数178（谷歌学术），连续多年（2011-2021）被列为全球化学、材料两个领域高被引科学家和中国最具国际影响力科学家。获得了多项国内外重要奖项，包括国家自然科学一等奖（2020）、国际介观结构协会成就奖（2008）、何梁何利科技进步奖（2009）、印度化学会Rao Award（2013）、发展中国家科学院科学奖（2016）、中国分子筛成就奖（2017）、中国化学会化学贡献奖（2018）、Khwarizmi 国际奖（2019）、Nano Research Award（2020）、ACS Nano Award（2021）等。

课题组常年招收博士后，欢迎交流合作，感兴趣的同学可联系: zhao_tc@fudan.edu.cn或zhaotc@outlook.com。