?特殊的X射線顏色與分子化學(xué)鍵產(chǎn)生共振。圖片來(lái)源：Washington State University

一種使用化學(xué)敏感的“軟”X射線新技術(shù)，為科學(xué)家提供了一種更簡(jiǎn)單、非破壞性的方式來(lái)了解納米世界。

5月25日，美國(guó)華盛頓州立大學(xué)Brian Collins團(tuán)隊(duì)在《自然—通訊》上發(fā)表文章，展示了X射線方法在智能藥物遞送納米顆粒和高分子表面活性劑納米結(jié)構(gòu)研究上的應(yīng)用能力。

人們知道，在微型納米載體的高靶向藥物遞送和環(huán)境清理潛力得以實(shí)現(xiàn)之前，科學(xué)家首先需要能夠看到它們。

目前，研究人員必須在有機(jī)納米載體上附著熒光染料或重金屬，再對(duì)這些載體進(jìn)行研究，但這一過(guò)程經(jīng)常會(huì)改變它們。

“我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù)觀察納米載體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、化學(xué)和環(huán)境行為，而且不需要任何標(biāo)記——這是一直未能實(shí)現(xiàn)的新能力?！盋ollins說(shuō)，“目前，你需要熒光標(biāo)記來(lái)觀察納米載體內(nèi)部，但這可以改變它們的結(jié)構(gòu)和行為，特別是如果它們是由碳基材料制成的。有了這項(xiàng)新技術(shù)，我們能在其完全自然的狀態(tài)下觀察納米載體的內(nèi)部，分析它們的化學(xué)特性和濃度?！?/p>

用于藥物輸送的有機(jī)納米載體通常是由碳基分子制造的，這些分子親水或疏水。親水和疏水分子結(jié)合在一起，會(huì)在水中自組裝，疏水部分隱藏在親水部分的外殼內(nèi)。疏水性藥物也會(huì)進(jìn)入該結(jié)構(gòu)中，最終載體殼只在患病環(huán)境中打開(kāi)并釋放藥物。例如，納米載體技術(shù)有望讓化療只殺死癌細(xì)胞而不影響患者其他機(jī)能，從而實(shí)現(xiàn)更有效的給藥劑量。

雖然，人們知道納米載體可以通過(guò)這種方式來(lái)制造，但研究人員無(wú)法輕易看到其結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，甚至無(wú)法知道有多少藥物停留在內(nèi)部或已泄漏出去。熒光標(biāo)簽的使用可以突出納米載體，甚至使它們發(fā)光，但也顯著改變了載體。

相反，Collins和同事開(kāi)發(fā)的技術(shù)使用軟共振X射線來(lái)分析納米載體。

實(shí)際上，軟X射線是一種特殊的光，介于紫外線和硬X射線之間，后者是醫(yī)生用來(lái)檢查骨折的光。

但這種特殊的X射線幾乎會(huì)被包括空氣在內(nèi)的所有東西吸收，所以這項(xiàng)新技術(shù)需要一個(gè)高真空環(huán)境。

Collins團(tuán)隊(duì)采用軟X射線方法研究了可打印的碳基塑料電子元件，因此，科學(xué)家認(rèn)為它可以在水基有機(jī)納米載體上工作——通過(guò)穿透一薄層水。

每個(gè)化學(xué)鍵會(huì)吸收不同波長(zhǎng)或顏色的軟X射線，因此在這項(xiàng)研究中，研究人員選擇了不同顏色的射線，通過(guò)其獨(dú)特的化學(xué)鍵照亮藥物納米載體的不同部分。

“我們能調(diào)整X射線的顏色來(lái)區(qū)分分子中已經(jīng)存在的化學(xué)鍵?！盋ollins說(shuō)。

該技術(shù)使得他們能夠評(píng)估載體內(nèi)核中有多少和什么類型的材料，周圍納米殼的大小和含水量，以及納米載體如何對(duì)變化的環(huán)境做出反應(yīng)。

研究人員還利用軟X射線技術(shù)調(diào)查了一種高分子表面活性劑納米載體，這種載體是用來(lái)捕獲海洋中泄漏的原油的。高分子表面活性劑可以從單個(gè)分子中生成一種納米載體，最大限度地利用其表面積捕獲碳?xì)浠衔?，比如那些在石油泄漏中發(fā)現(xiàn)的碳?xì)浠衔铩?/p>

利用這項(xiàng)新技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，高分子表面活性劑的開(kāi)放的海綿狀結(jié)構(gòu)可以從高濃度持續(xù)到低濃度，這將使其在實(shí)際應(yīng)用中更有效。

“能夠近距離檢查所有這些結(jié)構(gòu)是很重要的，這樣就可以避免昂貴的試驗(yàn)和錯(cuò)誤?！盋ollins說(shuō)。

例如，對(duì)于智能藥物傳遞，人體內(nèi)可能有不同的溫度、pH值和刺激，研究人員想知道，在應(yīng)用藥物條件下，這些納米結(jié)構(gòu)是否會(huì)保持在一起。如果他們能在開(kāi)發(fā)過(guò)程的早期就確定這一點(diǎn)，他們就能在投資、耗時(shí)的醫(yī)學(xué)研究之前更確定納米載體是否有效。

相關(guān)論文信息：http://dx.doi.org/10.1038/s41467-021-23382-8


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