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

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(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)境清理潛力得以實現(xiàn)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(jīng)常會改變它們。

“我們已經(jīng)開發(fā)了一種新技術觀察納米載體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、化學和環(huán)境行為，而且不需要任何標記——這是一直未能實現(xiàn)的新能力?！盋ollins說，“目前，你需要熒光標記來觀察納米載體內(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。有了這項新技術，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(jié)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(nèi)。疏水性藥物也會進入該結(jié)構(gòu)中，最終載體殼只在患病環(huán)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(xiàn)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(jié)構(gòu)細節(jié)，甚至無法知道有多少藥物停留在內(nèi)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，但也顯著改變了載體。

相反，Collins和同事開發(fā)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(yī)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(nèi)的所有東西吸收，所以這項新技術需要一個高真空環(huán)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(diào)整X射線的顏色來區(qū)分分子中已經(jīng)存在的化學鍵?！盋ollins說。

該技術使得他們能夠評估載體內(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變化的環(huán)境做出反應。

研究人員還利用軟X射線技術調(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(fā)現(xiàn)的碳氫化合物。

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

“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和錯誤?！盋ollins說。

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

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


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