Voordat het enorme potentieel van kleine nanodragers voor zeer gerichte medicijnafgifte en milieusanering kan worden gerealiseerd, wetenschappers moeten ze eerst kunnen zien.

Momenteel moeten onderzoekers vertrouwen op het bevestigen van fluorescerende kleurstoffen of zware metalen om delen van organische nanodragerstructuren te labelen voor onderzoek, vaak veranderen ze in het proces. Een nieuwe techniek die gebruik maakt van chemisch gevoelige "zachte" röntgenstralen biedt een eenvoudiger, niet-storende manier om inzicht te krijgen in deze nanowereld.

In een studie gepubliceerd door Natuurcommunicatie , een onderzoeksteam demonstreert het vermogen van de röntgenmethode op een nanodeeltje voor slimme medicijnafgifte en een polysoap-nanostructuur die bedoeld is om ruwe olie op te vangen die in de oceaan is gemorst.

"We hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om naar de interne structuur van nanodragers te kijken, chemie en milieugedrag zonder enige etikettering - een nieuwe mogelijkheid die tot nu toe niet mogelijk was, " zei Brian Collins, een natuurkundige van de Washington State University en corresponderende auteur van het onderzoek. "Momenteel, je hebt fluorescerende tags nodig om in nanocarriers te kijken, maar dit kan hun structuur en gedrag veranderen, vooral als ze zijn gemaakt van op koolstof gebaseerde materialen. Met deze nieuwe techniek, we hebben in deze nanodragers kunnen kijken, analyseer hun chemische identiteiten en concentraties - en doe dit allemaal in hun volledig natuurlijke staat, inclusief hun wateromgeving."

Organische nanodragers die worden gebruikt voor medicijnafgifte worden vaak gemaakt van op koolstof gebaseerde moleculen, die van water houden of een hekel hebben. Deze zogenaamde hydrofiele en hydrofobe moleculen zijn aan elkaar gehecht en zullen zichzelf in water assembleren, waarbij het water-hatende deel zich verbergt in een schil van de waterminnende segmenten.

Hydrofobe medicijnen zullen zichzelf ook in de structuur inbrengen, die is ontworpen om het medicijn alleen in de zieke omgeving te openen en vrij te geven. Bijvoorbeeld, nanocarrier-technologie heeft het potentieel om chemotherapie mogelijk te maken die alleen kankercellen doodt zonder de patiënt ziek te maken, waardoor effectievere doses mogelijk zijn.

Hoewel nanocarriers op deze manier kunnen worden gecreëerd, onderzoekers kunnen niet gemakkelijk de details van hun structuren zien of zelfs hoeveel medicijn erin blijft of eruit lekt. Het gebruik van fluorescerende labels kan delen van nanodragers markeren - ze zelfs laten fonkelen - maar ze veranderen ook de dragers in het proces, soms aanzienlijk.

In plaats daarvan, de techniek die Collins en zijn collega's hebben ontwikkeld, maakt gebruik van zacht resonerende röntgenstralen om de nanodragers te analyseren. Zachte röntgenstralen zijn een speciaal type licht dat tussen ultraviolet licht en harde röntgenstralen ligt, dat is het soort dat door artsen wordt gebruikt om een ​​gebroken bot te bekijken. Deze speciale röntgenstralen worden door bijna alles geabsorbeerd, inclusief de lucht, dus de nieuwe techniek vereist een hoogvacuümomgeving.

Collins' team paste een zachte röntgenmethode aan om afdrukbare, op koolstof gebaseerde, kunststof elektronica, zodat het zou werken op deze op water gebaseerde organische nanodragers - door een dun plakje water te penetreren om het te doen.

Elke chemische binding absorbeert een andere golflengte of kleur van zachte röntgenstralen, dus voor deze studie onderzoekers selecteerden röntgenkleuren om verschillende delen van een slimme medicijn-nanodrager te verlichten door hun unieke bindingen.

"We hebben in wezen de röntgenkleur afgestemd om onderscheid te maken tussen de bindingen die er al in het molecuul zijn, ' zei Collins.

Hierdoor konden ze evalueren hoeveel en welk type materiaal zich in de binnenste kern bevond, de grootte en het watergehalte in de omringende nanoschaal en hoe de nanodrager reageerde op een veranderende omgeving.

Ze gebruikten ook de zachte röntgentechniek om een ​​polysoap-nanodrager te onderzoeken die is ontwikkeld om ruwe olie op te vangen die in de oceaan is gemorst. Polysoaps kunnen een nanodrager maken van een enkel molecuul, het maximaliseren van hun oppervlakte voor het opvangen van koolwaterstoffen zoals die gevonden in een olieramp. Door gebruik te maken van de nieuwe techniek, ontdekten de onderzoekers dat de open sponsachtige structuur van een polyzeep kan blijven bestaan ​​van hoge tot lage concentraties, waardoor het effectiever wordt in toepassingen in de echte wereld.

"Het is belangrijk voor onderzoekers om al deze structuren van dichtbij te kunnen onderzoeken, zodat ze kostbaar vallen en opstaan ​​kunnen vermijden, ' zei Collins.

Deze techniek zou onderzoekers in staat moeten stellen het gedrag van deze structuren in verschillende omgevingen te beoordelen, zei Collins. Bijvoorbeeld, voor slimme medicijnafgifte, er kunnen verschillende temperaturen zijn, pH-waarden en prikkels in het lichaam, en onderzoekers willen weten of de nanostructuren bij elkaar blijven totdat de omstandigheden goed zijn om het medicijn toe te passen. Als ze dit vroeg in het ontwikkelingsproces kunnen vaststellen, ze kunnen er zekerder van zijn dat de nanodragers zullen werken voordat ze investeren in tijdrovende medische studies.

"We stellen ons voor dat deze nieuwe techniek een veel sneller tempo en een hogere precisie in het ontwerp en de ontwikkeling van deze opwindende nieuwe technologieën mogelijk zal maken, ' zei Collins.