Nature旗下副編UCL博士《自然·評論化學》:越軟，越快

先前，《Nature Reviews Chemistry》副主編 Gabriella Graziano倫敦大學學院博士論述了基於對大塊材料的理解『『The softer, the faster』』。納米粒子的行為使科研人員感到驚訝，這些行為與人們的直覺相矛盾。Xavier Banquy，Vincent Martinez及其同事在《自然·通訊》上報告論述，軟納米顆粒通過聚合物介質擴散的速度比相同大小的固體納米顆粒快得多。

由於納米粒子的尺寸非常小，因為它們可以穿透複雜的多孔膜，所以在許多技術應用中（從水脫鹽到藥物），納米粒子已被視為理想的小分子載體。但是，如果膜的孔小於納米顆粒本身，則很難預測其擴散。作為藥物遞送系統，已經發現大的納米顆粒比小的納米顆粒更好，更穩定的載體，但是由於滲透到深部組織受到尺寸的限制，這些質量被抵消。Banquy解釋說：「已經建立了幾個設計，以改善納米載體的循環時間或靶向效率。」「例如，通常使用聚合物塗層來避免從血液循環中快速消除納米載體。在開發具有更長循環時間和更深層滲透到組織中的納米載體的競賽中，科學家們發現，軟納米顆粒的性能要比硬納米顆粒好得多。」

Banquy及其同事希望提供有關軟納米粒子與硬納米粒子擴散的基本見解，並使用仿生系統分析這種現象中起作用的力。 該小組比較了由聚（N-異丙基丙烯醯胺）製成的柔軟，高度可變形的水凝膠納米粒子與硬質金或聚苯乙烯納米粒子在瓊脂糖中的擴散行為。 通過改變水中瓊脂糖的濃度，可以將溶液的粘度從液體改變為凝膠，從而有效地模仿了生物介質的不同粘度。使用差分動態顯微鏡（DDM）分析了不同大小的軟納米顆粒和硬納米顆粒在瓊脂糖溶液和凝膠中的擴散。該技術通常用於研究軟物質，並使用視頻顯微鏡生成差分圖像相關函數，可以從中提取有關納米粒子動力學和結構的信息。

實驗觀察證實，相似大小的軟納米顆粒和硬納米顆粒的擴散均受到瓊脂糖溶液粘度增加的阻礙。然而，令人驚訝的發現是，軟納米顆粒通過瓊脂糖凝膠的擴散速度比硬納米顆粒快兩個數量級。 將實驗觀察結果與理論模型得出的趨勢進行比較後發現，軟納米顆粒的更快動力學是可能的，因為它們在受限於稠密介質時會收縮。然而，軟納米顆粒的尺寸減小不是由於介質施加的滲透壓，而是由於軟納米顆粒與瓊脂糖凝膠之間的長距離靜電相互作用的結果。 瓊脂糖纖維和柔軟的納米顆粒均帶負電，因此產生的靜電斥力導致粒徑發生變化。

「我們的發現為使用軟顆粒靶向生物組織開闢了新途徑，因為在緻密多孔介質中更快的擴散意味著更深的滲透，」 Banquy說。「通過調節納米粒子的機械性能，可以增強其滲透到較軟或緻密的組織中的能力。這個概念可以幫助改進針對例如密集腫瘤的藥物輸送系統的設計，眾所周知，密集腫瘤可以抵抗標準的化學療法。

【作者簡介】

Gabriella Graziano：《Nature Reviews Chemistry》高級編輯，博士學位

Gabriella從Bari Aldo Moro大學獲得化學碩士學位，其論文主題是納米材料與膜內蛋白之間的相互作用。然後，她移居倫敦大學學院，獲得計算化學博士學位，主要研究範德華相互作用和層狀材料中核量子效應的作用。在劍橋大學短暫停留之後，她回到了倫敦大學學院，這次回到了地球科學系，在那裡她對極端條件下矽酸鹽和金屬氧化物的熔化過程進行了計算研究。加布裡埃拉（Gabriella）於2016年6月加入Springer Nature，發起了《Nature Reviews Chemistry》。在其他主題中，Gabriella處理物理化學，理論和計算以及材料化學的內容。

參考文獻：

doi.org/10.1038/s41570-019-0142-y

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