?特殊的X射線(xiàn)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(xiàn)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，美國華盛頓州立大學(xué)Brian Collins團隊在《自然—通訊》上發(fā)表文章，展示了X射線(xiàn)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構研究上的應用能力。

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納米載體上附著(zhù)熒光染料或重金屬，再對這些載體進(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(guān)察納米載體的內部結構、化學(xué)和環(huán)境行為，而且不需要任何標記——這是一直未能實(shí)現的新能力?！盋ollins說(shuō)，“目前，你需要熒光標記來(lái)觀(guān)察納米載體內部，但這可以改變它們的結構和行為，特別是如果它們是由碳基材料制成的。有了這項新技術(shù)，我們能在其完全自然的狀態(tài)下觀(guān)察納米載體的內部，分析它們的化學(xué)特性和濃度?！?/p>

用于藥物輸送的有機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。疏水性藥物也會(huì )進(jìn)入該結構中，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胞而不影響患者其他機能，從而實(shí)現更有效的給藥劑量。

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)法輕易看到其結構細節，甚至無(wú)法知道有多少藥物停留在內部或已泄漏出去。熒光標簽的使用可以突出納米載體，甚至使它們發(fā)光，但也顯著(zhù)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(xiàn)來(lái)分析納米載體。

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

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

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

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

“我們能調整X射線(xiàn)的顏色來(lái)區分分子中已經(jīng)存在的化學(xué)鍵?！盋ollins說(shuō)。

該技術(shù)使得他們能夠評估載體內核中有多少和什么類(lèi)型的材料，周?chē){米殼的大小和含水量，以及納米載體如何對變化的環(huán)境做出反應。

研究人員還利用軟X射線(xiàn)技術(shù)調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氫化合物，比如那些在石油泄漏中發(fā)現的碳氫化合物。

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

“能夠近距離檢查所有這些結構是很重要的，這樣就可以避免昂貴的試驗和錯誤?！盋ollins說(shuō)。

例如，對于智能藥物傳遞，人體內可能有不同的溫度、pH值和刺激，研究人員想知道，在應用藥物條件下，這些納米結構是否會(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


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話(huà)框：
回復【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復【科普書(shū)籍】，了解最新科普書(shū)籍
回復【團體定制】，了解最新團體定制活動(dòng)
回復【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復【觀(guān)鳥(niǎo)知識】，學(xué)習觀(guān)鳥(niǎo)相關(guān)科普知識
回復【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情