Aqueous Fabrication and Biomedical Applications of Supraparticles

doi:10.7503/cjcu20230020

Abstract

Abstract:

Supraparticles（SPs） are the nano-entities self-assembled by one or multiple nanoparticle based on internal or external driving forces， which possess specific morphology， definite size， and hierarchical structure. Due to the complex topologies， abundant surface modifiability， tunable collective properties， and synergistic effects， SPs have considerable potentials in the biomedical field. Here， recent progress of SPs synthesized in aqueous phase， including the force modulation between building blocks， the property of SPs， and their applications in biological imaging， disease diagnosis， and therapy， is reviewed. Finally， the main challenges and future advancement in aspects of the precise regulation of the structure and properties of SPs， as well as biomedical applications are discussed.

Key words: Supraparticles, Aqueous fabrication, Collective property, Synergistic effect, Biomedical application

CLC Number:

O611

TrendMD:

WANG Menglei, GONG Jianxiao, XIA Yunsheng. Aqueous Fabrication and Biomedical Applications of Supraparticles[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(8): 20230020.

Figures/Tables 7

References 54

1	de Crozals G.， Bonnet R.， Farre C.， Chaix C.， Nano Today， 2016， 11（4）， 435—463
2	Cardoso V. F.， Francesko A.， Ribeiro C.， Bañobre⁃López M.， Martins P.， Lanceros-Mendez S.， Adv. Healthc. Mater， 2018， 7（5）， 1700845
3	Gavas S.， Quazi S.， Karpiński T. M.， Nanoscale Res. Lett.， 2021， 16（1）， 173
4	Liu L. Q.， Zhang X. N.， Yang L. F.， Ren L. T.， Wang D. F.， Ye J. H.， Natl. Sci. Rev， 2017， 4（5）， 761—780
5	Glotzer S. C.， Solomon M. J.， Nat. Mater.， 2007， 6（8）， 557—562
6	Diamond S.， Clay Clay Miner.， 1971， 19（4）， 239—249
7	Lawless D.， Kapoor S.， Meisel D.， J. Phys. Chem.， 1995， 99（25）， 10329—10335
8	Velev O. D.， Lenhoff A. M.， Kaler E. W.， Science， 2000， 287（5461）， 2240—2243
9	Chang Y.， Cheng Y.， Feng Y. L.， Jian H.， Wang L.， Ma X. M.， Li X.， Zhang H. Y.， Nano Lett.， 2018， 18（2）， 886—897
10	Zhang W. L.， Xiao J. B.， Cao Q.， Wang W. H.， Peng X.， Guan G. Q.， Cui Z.， Zhang Y. F.， Wang S. G.， Zou R. J.， Wan X. J.， Qiu H. L.， Hu J. Q.， Nanoscale， 2018， 10（24）， 11430—11440
11	Luo R.， Xia Y. S.， J. Anal. Test.， 2021， 5（1）， 30—39
12	Kostiv U.， Patsula V.， Šlouf M.， Pongrac I. M.， Škokić S.， Radmilović M. D.， Pavičić I.， Vrček I. V.， Gajović S.， Horák D.， RSC Adv.， 2017， 7（15）， 8786—8797
13	Jokerst J. V.， Lobovkina T.， Zare R. N.， Gambhir S. S.， Nanomed.， 2011， 6（4）， 715—728
14	Walker D. A.， Kowalczyk B.， de la Cruz M. O.， Grzybowski B. A.， Nanoscale， 2011， 3（4）， 1316—1344
15	Xia Y. S.， Nguyen T. D.， Yang M.， Lee B.， Santos A.， Podsiadlo P.， Tang Z. Y.， Glotzer S. C.， Kotov N. A.， Nat. Nanotechnol.， 2011， 6（9）， 7—580
16	Zhu H.， Guo G.， Xia Y. S.， Nano Research， 2023， 16（1）， 1448—1458
17	Martinez⁃Esain J.， Faraudo J.， Puig T.， Obradors X.， Ros J.， Ricart S.， Yanez R.， J. Am. Chem. Soc.， 2018， 140（6）， 2127—2134
18	Ling J.， Gong S. Q.， Xia Y. S.， Adv. Mater. Interfaces， 2020， 7（18）， 2000804
19	Li X. Y.， Liu X. W.， Liu X. G.， Chem. Soc. Rev.， 2021， 50（3）， 2074—2101
20	Chen Y. F.， Fu G. T.， Li Y. Y.， Gu Q. S.， Xu L.， Sun D. M.， Tang Y. W.， J. Mater. Chem. A， 2017， 5（8）， 3774—3779
21	Sun Z. H.， Ni W. H.， Yang Z.， Kou X. S.， Li L.， Wang J. F.， Small， 2008， 4（9）， 92—1287
22	Wang T.， LaMontagne D.， Lynch J.， Zhuang J. Q.， Cao Y. C.， Chem. Soc. Rev.， 2013， 42（7）， 2804—2823
23	Zhou H. J.， Kim J. P.， Bahng J. H.， Kotov N. A.， Lee J.， Adv. Funct. Mater.， 2014， 24（10）， 1439—1448
24	Paterson S.， Thompson S. A.， Gracie J.， Wark A. W.， de la Rica R.， Chem. Sci.， 2016， 7（9）， 6232—6237
25	Dalby M. J.， Riehle M. O.， Johnstone H.， Affrossman S.， Curtis A. S. G.， Biomaterials， 2002， 23（14）， 2945—2954
26	Tang L. Q.， Vo T.， Fan X. X.， Vecchio D.， Ma T.， Lu J.， Hou H.， Glotzer S. C.， Kotov N. A.， J. Am. Chem. Soc.， 2021， 143（47）， 19655—19667
27	Jiang W. F.， Qu Z. B.， Kumar P.， Vecchio D.， Wang Y. F.， Ma Y.， Bahng J. H.， Bernardino K.， Gomes W. R.， Colombari F. M.， Lozada⁃Blanco A.， Veksler M.， Marino E.， Simon A.， Murray C.， Muniz S. R.， de Moura A. F.， Kotov N. A.， Science， 2020， 368（6491）， 642—648
28	Chen O.， Riedemann L.， Etoc F.， Herrmann H.， Coppey M.， Barch M.， Farrar C. T.， Zhao J.， Bruns O. T.， Wei H.， Guo P.， Cui J.， Jensen R.， Chen Y.， Harris D. K.， Cordero J. M.， Wang Z.， Jasanoff A.， Fukumura D.， Reimer R.， Dahan M.， Jain R. K.， Bawendi M. G.， Nat. Commun.， 2014， 5， 5093
29	Zhang T.， Lei L. L.， Tian M. L.， Ren J. J.， Lu Z. S.， Liu Y.， Liu Y. S.， Talanta， 2021， 222， 121478
30	Liz⁃Marzán L. M.， Langmuir， 2006， 22（1）， 32—41
31	Halas N. J.， Lal S.， Chang W. S.， Link S.， Nordlander P.， Chem. Rev.， 2011， 111（6）， 3913—3961
32	Dai L. W.， Song L. P.， Huang Y. J.， Zhang L.， Lu X. F.， Zhang J. W.， Chen T.， Langmuir， 2017， 33（22）， 5378—5384
33	Inoue A.， Fujii M.， Sugimoto H.， Imakita K.， J. Phys. Chem. C， 2015， 119（44）， 25108—25113
34	Demory B.， Hill T. A.， Teng C. H.， Zhang L.， Deng H.， Ku P. C.， ACS Photonics， 2015， 2（8）， 1065—1070
35	Hu T.， Isaacoff B. P.， Bahng J. H.， Hao C. L.， Zhou Y. L.， Zhu J.， Li X. Y.， Wang Z. L.， Liu S.， Xu C. L.， Biteen J. S.， Kotov N. A.， Nano Lett.， 2014， 14（12）， 6799—6810
36	Wang B.， Li R. R.， Guo G.， Xia Y. S.， Chem. Commun.， 2020， 56（63）， 8996—8999
37	Park J. I.， Nguyen T. D.， de Queiros Silveira G.， Bahng J. H.， Srivastava S.， Zhao G. P.， Sun K.， Zhang P. J.， Glotzer S. C.， Kotov N. A.， Nat. Commun.， 2014， 5（1）， 3593
38	Zhu H.， Wang Y.， Chen C.， Ma M. R.， Zeng J. F.， Li S. Z.， Xia Y. S.， Gao M. Y.， ACS Nano， 2017， 11（8）， 8273—8281
39	Wang W. W.， Hao C. L.， Sun M. Z.， Xu L. G.， Xu C. L.， Kuang H.， Adv. Funct. Mater.， 2018， 28（22）， 1800310
40	Zeng J. B.， Gong M. F.， Wang D. W.， Li M. M.， Xu W. J.， Li Z. W.， Li S. C.， Zhang D.， Yan Z. F.， Yin Y. D.， Nano Lett.， 2019， 19（5）， 3011—3018
41	Cook A. B.， Decuzzi P.， ACS Nano， 2021， 15（2）， 2068—2098
42	Ling Y. Y.， Zhang D.， Cui X. M.， Wei M. M.， Zhang T.， Wang J. F.， Xiao L. H.， Xia Y. S.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（31）， 10542—10546
43	Zhu J. Y.， He K.， Dai Z. Y.， Gong L. S.， Zhou T. Y.， Liang H. R.， Liu J. B.， Anal. Chem.， 2019， 91（13）， 8237—8243
44	Ma M. R.， Zhu H.， Ling J.， Gong S. Q.， Zhang Y.， Xia Y. S.， Tang Z. Y.， ACS Nano， 2020， 14（4）， 4036—4044
45	Li S.， Xu L. G.， Hao C. L.， Sun M. Z.， Wu X. L.， Kuang H.， Xu C. L.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（52）， 19067—19072
46	Hou M.， He D. G.， Wang H. Z.， Huang J.， Cheng H.， Wan K. J.， Li H. W.， Tang Z. F.， He X. X.， Wang K. M.， Chin. Chem. Lett.， 2022， 33（6）， 3183—3187
47	Ma W.， Xu L. G.， Wang L. B.， Kuang H.， Xu C. L.， Biosens Bioelectron， 2016， 79， 36—220
48	Zhang W. X.， Zheng J. Z.， Tan C. H.， Lin X.， Hu S. R.， Chen J. H.， You X. L.， Li S. X.， J. Mater. Chem. B， 2015， 3（2）， 217—224
49	Ling Y. Y.， Li L.， Liang X. R.， Xia Y. S.， Chem. J. Chinese Universities， 2020， 41（4）， 623—632
	凌云云，李莉，梁修蓉，夏云生. 高等学校化学学报， 2020， 41（4）， 623—632
50	Yin W. Y.， Yan L.， Yu J.， Tian G.， Zhou L. J.， Zheng X. P.， Zhang X.， Yong Y.， Li J.， Gu Z. J.， Zhao Y. L.， ACS Nano， 2014， 8（7）， 6922—6933
51	Zhao L. Y.， Song X. X.， Ouyang X. L.， Zhou J. H.， Li J. P.， Deng D. W.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2021， 13（42）， 49631—49641
52	Xia H. P.， Li F. Y.， Hu X.， Park W.， Wang S. F.， Jang Y. J.， Du Y.， Baik S.， Cho S.， Kang T.， Kim D. H.， Ling D.， Hui K. M.， Hyeon T.， ACS Cent. Sci.， 2016， 2（11）， 802—811
53	Mei L. Q.， Ma D. Q.， Gao Q.， Zhang X.， Fu W. H.， Dong X. H.， Xing G. M.， Yin W. Y.， Gu Z. J.， Zhao Y. L.， Mater. Horiz.， 2020， 7（7）， 1834—1844
54	Wang X. X.， Sun M. Z.， Qu A. H.， Wang W. W.， Lu M. R.， Guo X.， Chen C.， Hao C. L.， Xu L. G.， Xu C. L.， Kuang H.， Angew. Chem. Int. Ed. Engl.， 2021， 60（33）， 18240—18246

[1]	ZHANG Qi, SUN Rui, ZHANG Yu, LI Xia, ZHU Ying. Construction and Properties of DNA Hybrid Hydrogels [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(4): 20220761.
[2]	DAI Wei, HOU Hua, WANG Baoshan. Theoretical Investigations on the Electronic Structures and Reactivity of Heptafluoro-iso-butyronitrile Anion [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220044.
[3]	SHA Meng, XU Weiqing, WU Zhichao, GU Wenling, ZHU Chengzhou. Recent Advances in Single-atom Materials for Enzyme-like Catalysis and Biomedical Applications [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(5): 20220077.
[4]	ZHANG Qingpeng, GUAN Guoqiang, LIU Huiyi, LU Chang, ZHOU Ying, SONG Guosheng. Recent Development of Magnetic Particle Imaging Tracers [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(12): 20220375.
[5]	ZHANG Qian, LIU Yawei, WANG Fan, LIU Kai, ZHANG Hongjie. High-resolution in vivo Imaging， Diagnosis and Treatment Applications of Rare-earth-based Nanomaterials [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(12): 20220552.
[6]	TIAN Runsai, LU Qian, ZHANG Hongbin, ZHANG Bo, FENG Yuanyuan, WEI Jinxiang, FENG Jijun. Design and Construction of N-Doping Carbon in⁃situ Coated Cu₂O/Co₃O₄@C Heterostructured Composite Material for Highly Efficient Lithium-ion Storage [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(8): 2592.
[7]	HAN Yixiu, WU Dianguo, LI Hongpu, YIN Hongyao, MEI Yongjun, FENG Yujun, ZHONG Zuqin. Interactions Between Hydrophobic Associating Poly（sodium acrylate） and a Zwitterionic Surfactant in Non-aqueous Media and Low Temperature Environment [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(6): 2056.
[8]	ZHAO Shufang, HUANG Jun. Study by Solid-state NMR Spectroscopy on the Acidity and Shape-selectivity of Zeolites [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(1): 165.
[9]	YI Jiang, QIN Xingmei, CHEN Feiwu. Theoretical Studies on Cationic Chalcogen and Pnicogen Bonds in Binary and Ternary Complexes^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(7): 1439.
[10]	Fei YANG,Xiaoping ZHANG,Chuanxian LI,Bo YAO,Shutong DAI,Xue XIA,Guangyu SUN. Comb-like Polymeric Pour Point Depressants with Aromatic Pandents and Asphaltenes Synergistically Improve the Flow Behavior of Model Waxy Oils ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(12): 2606.
[11]	WANG Wenliang,SHI Yujie,WANG Shaohua,DANG Zepan,LI Xinping. Pyrolysis Behavior and Product Characteristics of Microwave co-Pyrolysis of Cellulose and Waste Tire^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(5): 964.
[12]	LI Wei, WU Suhua, Ren Xinxin. Effect of Co-stabilizers on the Properties of Ba/Zn System [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(11): 2089.
[13]	ZHANG Huilan, YI Bingcheng, WANG Xianliu, LI Biyun, YU Zhepao, LOU Xiangxin, ZHANG Yanzhong. Highly Aligned Ultrafine Fibers of Graphene/Poly(L-lactic acid)(Gr/PLLA) Composite for the Construction of Nerve Conduit^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(5): 972.
[14]	LI Zhong, ZHU Xin, DONG Chao-Qing, HUANG Xiang-Yi, CHEN Hong-Jin, REN Ji-Cun*. Aqueous Synthetic Approaches of Luminescent Quantum Dots and Their Applications in Chemical Assays and Bioassays [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2010, 31(10): 1905.
[15]	YAO Tong-Wei, DU Li-Bo, YANG Yi, XU Yuan-Chao, JIA Hong-Ying, LIU Yang*. Studies on Intermolecular Synergistic Antioxidant Activity in Glyceride Tri-ferulate [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2009, 30(7): 1431.