小于100纳米的纳米颗粒被用于在不同领域设计新材料和纳米技术，小尺寸意味着这些粒子具有很高的表面积和体积比，它们的性质强烈地依赖于大小、形状和结合分子。这为工程师在设计日常生活中使用的材料时提供了更大灵活性。纳米粒子存在于防晒霜和化妆品中，也存在于我们的体内，作为药物输送载体和药物造影剂。金纳米粒子被证明是纳米工程的新一代工具，可以在如此小的尺寸下作为有效催化剂。
然而纳米材料也有潜在的风险，因为它们与生命物质和环境的相互作用还没有被完全理解——这意味着它们可能不会像预期的那样发挥作用，例如在人体中。尽管科学家们已经能够通过改变纳米颗粒的大小、形状、表面化学甚至物理状态来微调和设计它们的特性，但如此多的可能性意味着，精确地描述这些颗粒在如此小的尺度下的行为也变得极其困难。这是一个特别令人关注的问题，因为我们依赖于纳米颗粒在人体中的潜在应用。金纳米颗粒是大分子和小分子的良好载体，使它们成为将药物运送到人类细胞的理想载体。
然而，预测这些纳米材料被细胞吸收的程度及其毒性是困难的，因为使用这些纳米材料理解任何与健康相关的风险也是困难的。欧洲的研究人员，包括劳瑞-朗格文研究所(ILL)、坦佩雷大学(Tampere University)、赫尔辛基大学(University of Helsinki)、挪威科学技术大学(Norwegian University of Science and Technology)和格勒诺布尔大学(Universite Grenoble Alpes)的科学家，研究了金纳米颗粒与模型生物膜相互作用时的物理和化学影响，以确定发生了行为机制。更好地理解决定纳米颗粒是否被细胞膜吸引或排斥的因素。
它们是否被吸附或内化，或者它们是否导致细胞膜不稳定。将有助于我们确保纳米颗粒以可控的方式与细胞相互作用。例如，当使用金纳米颗粒进行药物传递时，这一点尤为重要。正如《Small》所概述的，研究人员使用中子散射技术和计算方法的结合来研究带正电荷阳离子金纳米颗粒与模型脂膜之间的相互作用。该研究显示了温度和脂质电荷如何调节能量屏障的存在，这些能量屏障会影响纳米颗粒与膜的相互作用。此外，还揭示了纳米颗粒与膜相互作用的不同分子机制
这些机制解释了纳米颗粒如何在脂质膜内内化，以及它们如何协同作用，破坏带负电荷脂质膜的稳定性。利用分子动力学(MD)，一种研究原子运动的计算模拟方法，研究人员在原子水平上演示了金纳米颗粒如何在系统内相互作用。这为解释和解释中子反射测量在实际系统中得到的数据提供了一个补充工具。这项研究令人信服地表明，中子散射和计算方法的结合比单独一种方法提供了更好的理解。ILL软物质科学和支持部门的负责人Giovanna Fragneto说：纳米颗粒被证明是帮助我们应对一系列社会挑战的宝贵工具。
例如，就像药物传递的机制一样，金纳米颗粒可以被证明对癌症成像很有用。展望未来，有必要开发出更好地研究纳米材料的工具，以便有效和安全地利用它们。这是通过中子科学技术的发展、样品环境和样品制备方面的进步而实现，这些都是在ILL等设施中进行。法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学的研究科学家马可·马卡里尼说：有成千上万种不同大小和组成的纳米粒子，它们对细胞的影响各不相同。本研究强调计算技术和中子技术的互补性有助于更清楚地说明是什么影响纳米粒子的行为，这将帮助我们预测未来细胞将如何与纳米颗粒相互作用。
博科园-科学科普｜研究/来自: Institut Laue-Langevin
参考期刊文献:《Small》
DOI: 10.1002/smll.201805046
博科园-传递宇宙科学之美
联系客服
