纳米材料与生物体系间互作研究获进展

　　

2012年5月14日，浙江大学高分子科学与工程学系及硅材料国家重点实验室的徐明生教授在《科学报告》(Scientific Reports)在线杂志上发表了题为“Formation of Nano-Bio-Complex as Nanomaterials Dispersed in a Biological Solution for Understanding Nanobiological Interactions”的文章。该研究发现纳米材料在生物环境中会选择性地吸附生物环境中的离子/分子而形成纳米-生物的聚集体(nano-bio-complex)，揭示了纳米材料-生物体系之间存在复杂的相互作用。徐明生教授为该文章的第一作者和通讯作者，有关工作得到了国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金委、浙江省科技厅、浙大高分子科学与工程学系及硅材料国家重点实验室的资助和支持。

 

纳米材料已逐渐应用于人们的日常用品如防晒霜、餐具、衣服、运动用品等，在生物医学领域如药物载体、癌症治疗、基因治疗、抗菌材料、组织工程、医学诊断、生物传感器等方面具有广泛的应用前景。在另一方面，纳米材料的安全性日益受到人们的关注：人们越来越担心纳米材料的纳米特性，如小尺寸效应、表面和界面效应以及量子尺寸效应等，可能引发特殊的生物学效应，给人类健康造成威胁、给环境以及社会带来负面影响；比如，如果纳米纤维状的石棉被吸入人体内，附着并沉积在肺部，可能造成如石棉肺、胸膜和腹膜的皮间瘤等肺部疾病。研究纳米材料与生物系统包括细胞、组织、器官、动物、人体等之间的相互作用有助于我们深入理解纳米材料的毒性机理，研发高效的药物/基因载体。

 

通常，纳米材料进入生物环境会吸附生物环境中的蛋白质分子而形成一个动态的纳米颗粒-蛋白质环(nanoparticle protein corona)，学术界常以这种蛋白质冠状效应为“模型”去解释纳米-生物界面所发生的相互作用。然而，利用透射电子显微镜，浙江大学陈红征教授组的徐明生教授与日本的国家材料科学研究所的Nobutaka Hanagata教授等合作揭示了比这更复杂的界面效应。他们发现纳米材料在生物环境中不但会吸附生物环境中的蛋白质分子，而且会选择性地吸附生物环境中的离子/分子而形成纳米-生物的聚集体，并且这种聚集体的形成与生物环境中有无蛋白质分子没有联系，这样，细胞“看到”的或直接接触到的可能并非纳米材料本身。

 

该研究报道的若干发现极大的加深了我们对纳米颗粒在生物环境中的冠状效应的理解；对于理解纳米材料的细胞毒性机理，具有重要的科学意义和应用价值。