利用軟射線無損跟蹤納米載體

一種使用化學敏感的“軟”X射線新技術，為科學家提供了一種更簡單、非破壞性的方式來了解納米世界。

5月25日，美國華盛頓州立大學Brian Collins團隊在《自然—通訊》上發表文章，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境清理潛力得以實現之前，科學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熒光染料或重金屬，再對這些載體進行研究，但這一過程經常會改變它們。

“我們已經開發了一種新技術觀察納米載體的內部結構、化學和環境行為，而且不需要任何標記——這是一直未能實現的新能力。”Collins說，“目前，你需要熒光標記來觀察納米載體內部，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，我們能在其完全自然的狀態下觀察納米載體的內部，分析它們的化學特性和濃度。”

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。疏水性藥物也會進入該結構中，最終載體殼只在患病環境中打開并釋放藥物。例如，納米載體技術有望讓化療只殺死癌細胞而不影響患者其他機能，從而實現更有效的給藥劑量。

雖然，人們知道納米載體可以通過這種方式來制造，但研究人員無法輕易看到其結構細節，甚至無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，甚至使它們發光，但也顯著改變了載體。

相反，Collins和同事開發的技術使用軟共振X射線來分析納米載體。

實際上，軟X射線是一種特殊的光，介于紫外線和硬X射線之間，后者是醫生用來檢查骨折的光。

但這種特殊的X射線幾乎會被包括空氣在內的所有東西吸收，所以這項新技術需要一個高真空環境。

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

每個化學鍵會吸收不同波長或顏色的軟X射線，因此在這項研究中，研究人員選擇了不同顏色的射線，通過其獨特的化學鍵照亮藥物納米載體的不同部分。

“我們能調整X射線的顏色來區分分子中已經存在的化學鍵。”Collins說。

該技術使得他們能夠評估載體內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變化的環境做出反應。

研究人員還利用軟X射線技術調查了一種高分子表面活性劑納米載體，這種載體是用來捕獲海洋中泄漏的原油的。高分子表面活性劑可以從單個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現的碳氫化合物。

利用這項新技術，研究人員發現，高分子表面活性劑的開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。”Collins說。

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保持在一起。如果他們能在開發過程的早期就確定這一點，他們就能在投資、耗時的醫學研究之前更確定納米載體是否有效。