Ny teknik kontrollerer størrelsen af ​​nanopartikelklynger til EHS-undersøgelser

De samme egenskaber, der gør konstruerede nanopartikler attraktive for mange applikationer - små som en virus, biologisk og miljømæssigt stabil, og vandopløselige -- giver også anledning til bekymring over deres langsigtede indvirkninger på miljøets sundhed og sikkerhed (EHS). Et særligt kendetegn, tendensen til, at nanopartikler klumper sig sammen i opløsning, er af stor interesse, fordi størrelsen af ​​disse klynger kan være nøglen til, om de er giftige for menneskelige celler eller ej. Forskere ved National Institute of Standards and Technology har for første gang demonstreret en metode til fremstilling af nanopartikelklynger i en række kontrollerede størrelser, som er stabile over tid, så deres virkninger på celler kan studeres ordentligt.*

I deres tests, NIST -teamet lavede prøver af guld, sølv, ceriumoxid og positivt ladede polystyrennanopartikler og suspenderede dem separat i cellekulturmedium, tillader klumpning at forekomme i hver. De stoppede sammenklumpningen ved at tilføje et protein, bovint serumalbumin (BSA), til blandingerne. Jo længere nanopartiklerne fik lov til at klumpe sammen, jo større størrelsen af ​​den resulterende klynge. For eksempel, en række klyngetider ved brug af 23 nanometer sølvnanopartikler producerede en fordeling af masser mellem 43 og 1, 400 nanometer i diameter. Lignende størrelsesfordelinger for de andre tre nanopartikeltyper blev fremstillet ved hjælp af denne metode.

Forskerne lærte, at brug af de samme "frysetider" - de punkter, hvor BSA blev tilføjet for at standse processen - gav ensartede størrelsesfordelinger for alle fire nanopartikeltyper. Derudover alle de BSA-kontrollerede dispersioner forblev stabile i 2-3 dage, hvilket er tilstrækkeligt til mange toksicitetsundersøgelser.

Efter med succes at have vist, at de kunne kontrollere produktionen af ​​nanopartikelklumper i forskellige størrelser, forskerne ønskede derefter at bevise, at deres kreationer kunne sættes i gang. Forskellige størrelser sølv nanopartikelklynger blev blandet med hesteblod i et forsøg på at studere indvirkningen af ​​klumpstørrelse på røde blodlegemers toksicitet. Tilstedeværelsen af ​​hæmoglobin, det jernbaserede molekyle i røde blodlegemer, der transporterer ilt, ville fortælle forskerne, om cellerne var blevet lyseret (brudt op) af sølvioner frigivet til opløsningen fra klyngerne. På tur, måling af mængden af ​​hæmoglobin i opløsning for hver klyngestørrelse ville definere niveauet af toksicitet - muligvis relateret til niveauet af sølvionfrigivelse - for den specifikke gennemsnitlige størrelse.

Hvad forskerne fandt var, at ødelæggelsen af ​​røde blodlegemer faldt, efterhånden som klyngestørrelsen øgedes. De antager, at store nanopartikelklynger opløses langsommere end små, og derfor, frigive færre sølvioner i opløsning.

I fremtiden, NIST-teamet planlægger yderligere at karakterisere de forskellige klyngestørrelser, der kan opnås gennem deres produktionsmetode, og brug derefter disse klynger til at studere virkningen på cytotoksicitet af belægninger (f.eks. polymerer), der påføres nanopartiklerne.