纳米马达是指能将周围环境中存储的化学能或其它形式能量转化为自推进运动的纳米系统。纳米马达能够在各种生物介质中进行可控运动，有望在生物体中自主运动到正常药物难以到达的组织部位，具有彻底改变疾病诊断和治疗的巨大潜力。具备自主驱动能力的纳米马达被认为能够直接突破细胞膜屏障，但可能会导致细胞膜破裂。因此，探究细胞膜对纳米马达这种极端影响的基本行为对于开发纳米马达生物医学新技术至关重要。然而，从细胞内吞过程到纳米马达直接突破细胞膜屏障的非平衡过程背后的物理原理仍然不清楚，实验研究也同样具备挑战性。为解决上述问题，论文通过理论模拟手段计算纳米马达跨膜转运的动态相图，并根据纳米马达活性（Peclet number）和细胞膜张力确定了从细胞内吞到纳米马达直接渗透的四个特征动态阶段。通过理论模型解析，获得了划分这些相的边界，阐明了非平衡物理学和不同相之间转变的标准。此外，通过实验验证，在纳米马达内吞过程中与颈缩和包裹之间相互作用有关的三种不同的动态机制，并与被动粒子形成了鲜明对比。论文以“Nonequilibrium Dynamic Phase Diagram for Transmembrane Transport of Active Particles” 为题发表在《ACS Nano》（IF = 15.8）上。该论文通讯作者是清华大学燕立唐教授和哈尔滨工业大学贺强教授，清华大学博士后万海肖、许多、四川农业大学特聘副教授王位为共同第一作者。

该研究受到国家自然科学基金、国家科技部基金、化学工程联合国家重点实验室的经费资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c03565