《一种基于折纸纳米结构和一层一层微粒子的混合载体系统》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2019-01-10
  • 最近DNA纳米技术的进展使得三维结构的制造成为可能,这种结构可以承载大量不同的分子货物,甚至可以对外界刺激做出反应。这使得DNA纳米结构的应用成为纳米医学和药物传递的一个有前途的方法。然而,它们在细胞外和细胞内环境中的低稳定性,以及从核内体到细胞质的低细胞摄取率和释放率阻碍了DNA纳米结构在医学应用中的有效和有针对性的使用。在这里,这些主要的障碍是通过将DNA折纸纳米结构整合到由生物聚合物制成的超序层微粒子中来克服的。聚合物层的模块化组装允许DNA结构在不同深度的高密度结合。这使得DNA纳米结构能够在广泛的细胞外和细胞内条件下,在较长时间内受到可控的保护,而不会损害细胞的生存能力。此外,通过制备蛋白质复合物DNA纳米结构,证明分子货物可以方便地集成到开发的杂交系统中。这项工作为一种新的多级载体系统提供了基础,该系统允许活性物质在反应性DNA纳米结构中进行高效和受保护的转运。

    ——文章发布于2019年1月09日

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    • 编译者:郭文姣
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    • 时不时地,科学家们需要控制在容器中混合液体的过程,容器太小了,最细的针甚至一根头发都放不进去。与此同时,控制分子在所谓的微反应器中的扩散速度,对于设计新药、进行生物实验,甚至进行快速疾病检测测试都是极其重要的。来自ITMO大学的科学家和他们来自捷克科学院的同事们提出利用光的能量来解决这个问题。他们的研究发表在《先进科学》杂志上。 如今,生物学家、化学家和药剂师广泛使用微反应器,这些反应器通常集成在微型化装置中,用于执行特定产品的化学合成的几个步骤,即所谓的“芯片上实验室”(lab-on-a-chip)平台。这些内部有小凹槽的微型容器的大小从几立方毫米到几立方厘米不等——不比火柴盒大。尽管如此,它们使进行血液分析、混合微量物质以创造高效药物以及对细胞进行实验成为可能。 不过,与他们的操作相关的一个问题是:科学家对混合速度几乎没有控制,或者从科学的角度讲,对液体和试剂在这种芯片上的实验室里的扩散几乎没有控制。来自ITMO大学的科学家和他们来自捷克科学院的同事提出了一种可以帮助解决这个问题的方法:他们决定使用所谓的辐射压力。 早在19世纪末,英国科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)就做出了光可以对物体施加压力的假设。不久之后,俄罗斯科学家彼得·列别捷夫(Pyotr Lebedev)证明了这一点。然而,这种相互作用的力量是非常小的,在那个时候,没有人发现它的用途。如今,有一个被称为光机的科学领域专门研究这一现象。2018年,亚瑟·阿什金教授因在这一领域的开创性工作而获得诺贝尔奖。光被用来捕捉活细胞和移动物质的微小颗粒。现在我们发现同样的力也可以用来混合液体。 性物质,反应不大。它也没有毒性。更重要的是,对我们来说是必要的设计,所以只有自旋力和辐射压力会影响纳米颗粒的其他部队不让他们被拉向天线(硅多维数据集,我们提到的),否则,粒子就会坚持下去。如果我们用普通的绿色激光照射系统,就可以观察到特定大小的金粒子的这种效应。我们曾考虑过使用其他金属,但以银为例,这样的效应只在紫外线波段观察到,虽然不太方便,但可能有助于提高某些光化学反应的效率。” Adria -anos Valero,研究作者 顺便说一下,这种方法不仅可以用于混合液体,还可以用于对黄金纳米颗粒进行分类:如果科学家需要挑选某种特定大小的黄金颗粒,例如30纳米,用于实验。到今天为止,这个系统已经被完全计算出来了,并且已经有了一个理论模型。下一步是进行实验。
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    • 编译者:郭文姣
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    • 纳米颗粒都很小。因为只有千分之一毫米,它们是不可能用肉眼看到的。但是,尽管它们很小,它们在很多方面都非常重要。如果科学家想要近距离观察DNA、蛋白质或病毒,那么能够分离和监测纳米颗粒是至关重要的。 捕获这些粒子需要将激光束紧紧聚焦到一个能产生强电磁场的点上。这种光束可以像一把镊子一样握住粒子,但不幸的是,这种技术有其自然的限制。最值得注意的是尺寸限制——如果粒子太小,这项技术就无法工作。到目前为止,光镊还不能抓住像单个蛋白质这样直径只有几纳米的粒子。 现在,由于纳米技术的最新进展,冲绳科学技术研究生院(OIST)量子技术研究室的研究人员开发了一种精确捕获纳米颗粒的技术。在这项研究中,他们克服了自然条件的限制,开发了基于超材料的光镊。超材料是一种具有自然不存在的特殊性质的合成材料。这是这种超材料首次被用于单纳米粒子的捕获。 “能够操纵或控制这些小颗粒对生物医学的发展至关重要,”OIST的科学家和发表在《纳米快报》上的研究论文的第一作者Domna Kotsifaki博士解释说。Kotsifaki博士继续解释说,捕获这些纳米颗粒可以让研究人员看到癌症的进展,开发有效的药物,并促进生物医学成像。“对社会的潜在应用是深远的。” 这种新技术具有两种令人期待的能力,一是它可以使用低强度的激光功率稳定地捕获纳米粒子,二是它可以在长时间使用的同时避免光对样品的损伤。原因是研究人员选择使用的超材料。这种超材料对周围环境的变化高度敏感,因此可以使用低强度的激光功率。 “由于其独特的设计和结构,超材料具有不同寻常的特性。但这使它们非常有用。在过去的几年里,它们创造了一个全新的设备时代,具有新颖的概念和潜在的应用,”Kotsifaki博士解释说。“利用这种超材料,我们在50纳米的金薄膜上用一束离子——微小的带电粒子——制造了一组不对称分裂环。” 为了测试该技术是否有效,研究小组用近红外光照射该设备,并在其特定区域捕获了20纳米的聚苯乙烯颗粒。 Kotsifaki博士和他的同事们正在寻找陷阱的硬度,这是对陷阱性能的一种衡量。她解释说:“这种捕获性能是传统光镊的好几倍,是迄今为止我们所知报道的最高的。”“作为第一个使用这种设备进行精确纳米颗粒捕获的团队,它对这一研究领域的进展做出了贡献,这是值得的。” 研究小组现在计划调整他们的设备,看看这些镊子是否能在现实生活中应用。具体地说,在未来,这个装置可以被用来创建芯片实验室技术,这是手持的诊断工具,可以提供高效和经济的结果。除了在生物医学上的应用,这项研究还为纳米技术和光在纳米尺度上的行为提供了新的和基本的见解。