小於100納米的納米顆粒被用於在不同領域設計新材料和納米技術，小尺寸意味著這些粒子具有很高的表面積和體積比，它們的性質強烈地依賴於大小、形狀和結合分子。這為工程師在設計日常生活中使用的材料時提供了更大靈活性。納米粒子存在於防曬霜和化妝品中，也存在於我們的體內，作為藥物輸送載體和藥物造影劑。金納米粒子被證明是納米工程的新一代工具，可以在如此小的尺寸下作為有效催化劑。
然而納米材料也有潛在的風險，因為它們與生命物質和環境的相互作用還沒有被完全理解——這意味著它們可能不會像預期的那樣發揮作用，例如在人體中。儘管科學家們已經能夠通過改變納米顆粒的大小、形狀、表面化學甚至物理狀態來微調和設計它們的特性，但如此多的可能性意味著，精確地描述這些顆粒在如此小的尺度下的行為也變得極其困難。這是一個特別令人關注的問題，因為我們依賴於納米顆粒在人體中的潛在應用。金納米顆粒是大分子和小分子的良好載體，使它們成為將藥物運送到人類細胞的理想載體。
然而，預測這些納米材料被細胞吸收的程度及其毒性是困難的，因為使用這些納米材料理解任何與健康相關的風險也是困難的。歐洲的研究人員，包括勞瑞-朗格文研究所(ILL)、坦佩雷大學(Tampere University)、赫爾辛基大學(University of Helsinki)、挪威科學技術大學(Norwegian University of Science and Technology)和格勒諾布爾大學(Universite Grenoble Alpes)的科學家，研究了金納米顆粒與模型生物膜相互作用時的物理和化學影響，以確定發生了行為機制。更好地理解決定納米顆粒是否被細胞膜吸引或排斥的因素。
它們是否被吸附或內化，或者它們是否導致細胞膜不穩定。將有助於我們確保納米顆粒以可控的方式與細胞相互作用。例如，當使用金納米顆粒進行藥物傳遞時，這一點尤為重要。正如《Small》所概述的，研究人員使用中子散射技術和計算方法的結合來研究帶正電荷陽離子金納米顆粒與模型脂膜之間的相互作用。該研究顯示了溫度和脂質電荷如何調節能量屏障的存在，這些能量屏障會影響納米顆粒與膜的相互作用。此外，還揭示了納米顆粒與膜相互作用的不同分子機制
這些機制解釋了納米顆粒如何在脂質膜內內化，以及它們如何協同作用，破壞帶負電荷脂質膜的穩定性。利用分子動力學(MD)，一種研究原子運動的計算模擬方法，研究人員在原子水準上演示了金納米顆粒如何在系統內相互作用。這為解釋和解釋中子反射測量在實際系統中得到的數據提供了一個補充工具。這項研究令人信服地表明，中子散射和計算方法的結合比單獨一種方法提供了更好的理解。ILL軟物質科學和支持部門的負責人Giovanna Fragneto說：納米顆粒被證明是幫助我們應對一系列社會挑戰的寶貴工具。
例如，就像藥物傳遞的機制一樣，金納米顆粒可以被證明對癌症成像很有用。展望未來，有必要開發出更好地研究納米材料的工具，以便有效和安全地利用它們。這是通過中子科學技術的發展、樣品環境和樣品製備方面的進步而實現，這些都是在ILL等設施中進行。法國格勒諾布爾阿爾卑斯大學的研究科學家馬可·馬卡裡尼說：有成千上萬種不同大小和組成的納米粒子，它們對細胞的影響各不相同。本研究強調計算技術和中子技術的互補性有助於更清楚地說明是什麽影響納米粒子的行為，這將幫助我們預測未來細胞將如何與納米顆粒相互作用。
博科園-科學科普｜研究/來自: Institut Laue-Langevin
參考期刊文獻:《Small》
DOI: 10.1002/smll.201805046
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