近日，精密测量院研究团队在开发19F MRI “分子无人机”方面取得重要进展。团队开发出一类具有“水母”形态的氟化功能大分子，并将其作为“分子无人机”，在氟-19磁共振成像(19F MRI)和荧光成像的引导下，实现精准的药物递送、实时状态报告、肿瘤检测与靶向治疗等应用(图1)，为生物医学领域内复杂分子机器的研发奠定了基础。相关研究成果近期发表在国际知名期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。
“水母”形态双亲性氟化大分子无人机的结构及其在癌症诊断与治疗中的应用
正如机械无人机促进了现实世界中运输、监测和战斗等领域的革新，分子水平的无人机有望成为Ehrlich博士(1908年获诺贝尔奖)等科学家百年来所追求的“Magic Bullet”，为实现重大疾病的准确诊断、靶向给药和个性化治疗带来新契机。分子无人机不仅需要具备装载和释放、实时状态报告、定位和导航等无人机基本能力，还需具有结构精确的特性和调控精准的功能。然而，现有分子无人机多存在成分复杂、结构多分散和功能精准调控困难等问题。
针对这些问题，精密测量院研究团队通过精巧设计，高效合成了一类具有“水母”形态的双亲性氟化大分子FMA分子无人机。该类分子以四苯乙烯为母核、以部分氟化烷基为药物抓取臂、以单分散聚乙二醇为水溶性和生物相容性“螺旋桨”，通过调控分子结构实现了对磁共振、荧光、药物控释等多种功能的精准调控(图2)。该类分子具有独特的自聚集模式，即在低浓度下可形成单分子纳米颗粒，而在高浓度下则形成多分子纳米颗粒，这一特性使其能够有效负载药物分子并实时报告药物负载状态。同时，通过“热点”19F MRI追踪和无人机定位，可实现温度和酸碱度响应的药物释放。更重要的是，该类分子无人机引入了具有响应性荧光的四苯乙烯基团和具有强烈19F
NMR信号的全氟叔丁基基团，利用近程
光学成像系统和19F MRI有效模拟无人机中的短距离视觉和远程无线电信号，实现了分子无人机从细胞到活体多尺度的状态报告、定位和追踪等功能。
FMA 2的荧光-19F MRI体内可视化状态报告 (a-c)、体外药物释放行为实时监测 (d) 和治疗效果 (e)
该研究成果以“Fluorinated Macromolecular Amphiphiles as Prototypic Molecular Drones”为题发表在国际学术期刊《美国国家科学院院刊》上。精密测量院硕士生郑郁洁、博士后朱立军和硕士生柯常胜为文章共同第一作者，研究员江中兴和陈世桢为通讯作者。
该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项和中国科学院青年交叉团队项目的资助
