pH-sensitive polymersomes have been stabilized by UV cross-linking after incorporation of an enzyme in a synthetic bio-nanoreactor without transmembrane proteins. This stabilization allows the reversible swelling and deswelling of the polymersomes upon changes in the pH value. The controlled reaction of the enclosed enzyme could be monitored selectively at pH 6, when the substrate could penetrate the membrane. Detailed facts of importance to specialist readers are published as "Supporting Information". Such documents are peer-reviewed, but not copy-edited or typeset. They are made available as submitted by the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Brain homing nanoswimmers: Glucose-fueled propulsion combined with blood-brain barrier crossing enhances brain delivery.

Abstract Producing monodisperse nanoparticles is essential to ensure consistency in biological experiments and to enable a smooth translation into the clinic. Purification of samples into discrete sizes and shapes may not only improve sample quality, but also provide us with the tools to understand which physical properties of nanoparticles are beneficial for a drug delivery vector. In this study, using polymersomes as a model system, we explore four techniques for purifying pre-formed nanoparticles into discrete fractions based on their size, shape or density. We show that these techniques can successfully separate polymersomes into monodisperse fractions.

In recent years, scientists have created artificial microscopic and nanoscopic self-propelling particles, often referred to as nano- or micro-swimmers, capable of mimicking biological locomotion and taxis. This active diffusion enables the engineering of complex operations that so far have not been possible at the micro- and nanoscale. One of the most promising task is the ability to engineer nanocarriers that can autonomously navigate within tissues and organs, accessing nearly every site of the human body guided by endogenous chemical gradients. Here we report a fully synthetic, organic, nanoscopic system that exhibits attractive chemotaxis driven by enzymatic conversion of glucose. We achieve this by encapsulating glucose oxidase — alone or in combination with catalase — into nanoscopic and biocompatible asymmetric polymer vesicles (known as polymersomes). We show that these vesicles self-propel in response to an external gradient of glucose by inducing a slip velocity on their surface, which makes them move in an extremely sensitive way towards higher concentration regions. We finally demonstrate that the chemotactic behaviour of these nanoswimmers enables a four-fold increase in penetration to the brain compared to non-chemotactic systems.

Abstract Microfluidic flow reactors permit the implementation of sensitive biocatalysts in polymeric environments (e.g., hydrogel dots), mimicking nature through the use of diverse microstructures within defined confinements. However, establishing complex hybrid structures to mimic biological processes and functions under continuous flow with optimal utilization of all components involved in the reaction process represents a significant scientific challenge. To achieve spatial, chemical, and temporal control for any microfluidic application, compartmentalization is required, as well as the unification of different sensitive compartments in the reaction chamber for the microfluidic flow design. This study presents a self‐regulating microfluidic system fabricated by a sequential photostructuring process with an intermediate chemical process step to realize pH‐sensitive hybrid structures for the fabrication of a microfluidic double chamber reactor for controlled enzymatic cascade reaction (ECR). The key point is the adaptation and retention of the function of pH‐responsive horseradish peroxidase‐loaded polymersomes in a microfluidic chip under continuous flow. ECR is successfully triggered and controlled by an interplay between glucose oxidase‐converted glucose, the membrane state of pH‐responsive polymersomes, and other parameters (e.g., flow rate and fluid composition). This study establishes a promising noninvasive regulatory platform for extended spatio–chemical control of current and future ECR and other cascade reaction systems.