Nanomaterialen zijn de meeste producten binnengedrongen die in ons dagelijks leven worden gebruikt. Ze zijn overal te vinden:van cosmetica (crèmes, tandpasta's, en shampoo), voedingsbestanddelen (suiker, of zout), kleren, gebouwen cement, verven, autobanden, olie, elektronische producten (smartphones, scherm), energie, farmacie (drugs, medische beeldvorming).

De OESO rapporteerde onlangs dat nanodeeltjes aanwezig zijn in meer dan 1300 commerciële producten waarbij we de potentiële toxiciteit voor mensen negeren, dieren en omgeving. Het ontbreken van betrouwbare instrumenten om objecten op nanoschaal te monitoren en het enorme aantal mechanismen van mogelijke toxiciteit leidt tot controversiële regelgeving op het gebied van nanotoxiciteit:bijvoorbeeld nanodeeltjes in crèmes gaan niet door de menselijke huid, maar kan via de longen of de slijmlaag binnendringen. Dat is de reden waarom de exacte manier waarop bepaalde nanodeeltjes interageren met menselijke weefsels en barrières, inclusief celmembranen is nog steeds niet goed begrepen. Een van de redenen is de enorme moeilijkheid om individuele nanodeeltjes te visualiseren. Inderdaad, nano-objecten zijn onder de diffractielimiet en dus onder de capaciteiten van optische microscopen. Als resultaat, speciale en originele technieken moeten worden ontworpen om de gebeurtenissen in de submicron-wereld te zien. Een ander probleem heeft te maken met kleine deeltjes:ze bewegen snel en de bijbehorende processen duren fracties van seconden:de meting moet ook snel zijn.

Op basis van deze zorgen het team van theoretische natuurkunde aan de Universitat Rovira i Virgili in Tarragona, geleid door Dr. Vladimir Baulin, de coördinator van het Europese netwerk ITN SNAL, ontwierp een onderzoeksproject om de interactie tussen nanodeeltjes en lipidemembranen te onderzoeken. Bij computersimulaties de onderzoekers creëerden eerst wat ze een "perfecte dubbellaag" noemen, waarin alle lipidestaarten op hun plaats blijven in het membraan. Op basis van hun berekeningen het team van Dr. Baulin merkte op dat kleine hydrofobe nanodeeltjes in de lipidedubbellaag kunnen invoegen als hun grootte vergelijkbaar is met de dikte van het membraan (ongeveer 5 nanometer).

Ze zagen dat deze nanodeeltjes gevangen blijven in het celmembraan, zoals algemeen aanvaard door de wetenschappelijke gemeenschap. Maar een verrassing verschijnt wanneer ze het geval van superhydrofobe nanodeeltjes bestudeerden, omdat deze nanodeeltjes niet alleen in het celmembraan kunnen binnendringen, maar ook spontaan uit dit membraan kunnen ontsnappen.

"Het is algemeen aanvaard dat kleiner de grootte van het object, makkelijker over de drempel heen. Hier zien we het tegenovergestelde scenario:NP's met grootte> 5nm kan spontaan de dubbellaag passeren", zegt Dr. Baulin.

Hier nam Dr. Baulin contact op met Dr. Jean-Baptiste Fleury van de Universiteit van Saarland (Duitsland) om dit mechanisme te bevestigen en om dit unieke translocatiefenomeen experimenteel te bestuderen. Dr. Fleury en zijn team, ontwierp een microfluïdisch experiment om fosfolipide dubbellaagsystemen te vormen, die kunnen worden beschouwd als kunstmatige celmembranen. Met deze experimentele opstelling ze onderzochten de interactie van individuele nanodeeltjes met zo'n kunstmatig membraan. De gebruikte gouden nanodeeltjes hadden een geadsorbeerde lipide-monolaag die hun stabiele dispersie garandeert en hun clustering voorkomt. Met behulp van een combinatie van optische fluorescentiemicroscopie en elektrofysiologische metingen, het team van Dr. Fleury kon individuele deeltjes volgen die een dubbellaag doorkruisen en hun pad op moleculair niveau ontrafelen. En zoals voorspeld door de simulaties, ze merkten op dat nanodeeltjes in de dubbellaag terechtkomen door hun lipidecoating in het kunstmatige membraan op te lossen. Nanodeeltjes met een diameter gelijk aan of groter dan 6 nm, d.w.z. de typische uitbreiding van een dubbellaag, binnen een paar milliseconden weer uit de dubbellaag kunnen ontsnappen, terwijl kleinere nanodeeltjes gevangen blijven in de kern van de dubbellaag.

Deze ontdekking van snelle translocatie van kleine gouden nanodeeltjes door barrières die cellen beschermen, d.w.z. lipide dubbellaag, kan aanleiding geven tot bezorgdheid over de veiligheid van nanomaterialen voor de volksgezondheid en kan voorstellen om de veiligheidsnormen op nanoschaal te herzien, waarbij aandacht wordt besteed aan de veiligheid van nanomaterialen in het algemeen.