用光和磁铁控制纳米粒子的新方法

荧光量子点中的磁性纳米粒子和镉（红色）中铁原子（蓝色）的元素映射提供了两种颗粒自然分离成核心和壳结构的方式清晰可视化。

一支研究人员的团队开发了可以用彩色灯光发光的颗粒，并用磁铁操纵，提高纳米颗粒在体内或电池内部移动时跟踪纳米颗粒的位置的可能性。

在MIT和一些其他机构的研究人员和其他机构的研究人员中，可以通过一支努力在生物环境中发出多彩荧光发光的颗粒的长期目标，并且可以在生活细胞内精确地操纵。本周在本周报告的“自然通信”中报告。

当它们在体内或电池内部移动时，新技术可以使纳米颗粒的位置进行跟踪。同时，可以通过施加磁场来精确地操纵纳米颗粒以沿着。最后，颗粒可以具有可以涂覆的生物反应性物质，其可以寻找和结合体内的特定分子，例如肿瘤细胞或其他疾病药物的标志物。

“多年来，这是我的梦想，该梦想是在一个紧凑的物体中包含荧光和磁性的纳米材料，”MIT Wolfe的MIT和新论文的高级作者化学教授Moungi Bawendi说。虽然其他团体已经实现了这两个属性的一些组合，但Bawendi表示，他“从未非常满意”，以前由他自己的团队或其他人实现的结果。

对于一件事，他说，这种颗粒太大而无法制造实际的活组织探针：“他们往往有很多浪费的卷，”Bawendi说。“紧凑态度对于生物和许多其他应用至关重要。”

此外，以前的努力无法产生均匀和可预测的粒子，这也可能是诊断或治疗应用的必要性。

此外，Bawendi说：“我们希望能够用磁场操纵这些结构，但也可以确切地知道我们正在移动的东西。”所有这些目标都是通过新的纳米颗粒实现，这可以通过其荧光排放的波长以极大的精度识别。

新方法产生所需特性的组合“尽可能小的包装”，Bawendi说 - 这可能有助于为颗粒与其他有用的性质铺平术语，例如与特定类型的生物大道结合的能力，或者感兴趣的分子。

在Bawendi团队开发的技术中，由主导作者和欧辰的领导，纳米粒子结晶，使它们完全自组装，以导致最有用的结果：磁性颗粒在中心簇，而荧光颗粒在它们周围形成均匀的涂层。将荧光分子放入最可见的位置，以允许纳米颗粒光学通过显微镜进行跟踪。

“这些都是美丽的结构，它们是如此干净，”Bawendi说。部分均匀性是部分原因是Bawendi和他的团体的起始材料，荧光纳米粒子多年来一直完善，本身就是完全均匀的大小。“你必须使用非常统一的材料来产生如此统一的建设，”陈说。

Bawendi建议，最初，最初，至少可以用于探测细胞内的基本生物学功能。随着工作的继续，后来的实验可以向颗粒的涂层添加额外的材料，使得它们以特定方式与细胞内的分子或结构以诊断或治疗相互作用。

观看如何用癌细胞内的磁铁发出和操纵超纳米术。视频：梅兰妮·戈尼克（Melanie Gonick）/麻省理工学院

Bawendi解释说：操纵用电磁铁的颗粒的能力是在生物研究中使用它们的关键：否则微小的颗粒可以在细胞内循环的分子中丢失。“没有磁性的”手柄“，”它就像一个干草堆的针，“他说。“但是用磁力，你可以很容易地找到它。”

颗粒上的二氧化硅涂层允许附加分子连接，使颗粒与细胞内的特定结构结合。“二氧化硅使其完全柔韧; Bawendi说，这是一个可以绑定到几乎任何东西的良好材料。“

例如，涂层可具有与特定类型的肿瘤细胞结合的分子;然后，“你可以使用它们来增强MRI的对比，因此您可以看到肿瘤的空间宏观轮廓，”他说。

该团队的下一步是在各种生物环境中测试新的纳米颗粒。“我们制造了这些材料，”陈说。“现在我们必须使用它，我们正在使用世界各地的一些群体进行各种应用程序。”

宾夕法尼亚州宾夕法尼亚大学的化学和材料科学与工程教授克里斯托弗·穆雷说：“这项工作举例说明了使用纳米晶体作为多函数和多功能结构的构建块的力量。我们经常在社区中使用“人工原子”一词来描述我们如何利用新的基本构建块的新周期表来设计材料，这是一个非常优雅的例子。“

该研究包括麻省理工学院的研究人员;马萨诸塞州综合医院;在巴黎的Institut居里;德国汉堡的Heinrich-Pette Institute和Bernhard-Nocht热带医学研究所;儿童医院波士顿;和康奈尔大学。该工作得到了国家卫生研究院的支持，陆军研究办公室通过麻省理工学院的士兵纳米技术研究所和能源部。

出版物：Ou Chen，等，“磁荧光核心壳超纳米术，”自然通信5，物品编号：5093; DOI：10.1038 / ncomms6093

图像：由研究人员礼貌