微流控制备的核-壳结构的纳米颗粒具有相同的化学组分、尺寸和表面性质。但是不同的刚度显著影响细胞内吞颗粒。 

微流控芯片制备纳米颗粒的示意图 

　　纳米颗粒由于其尺寸细微能够直接进入细胞而成为细胞内药物输运载体的首选。同时，国际上对纳米颗粒的细胞毒性的研究也方兴未艾。迄今为止，较多的研究关注于改变颗粒表面的物化性质从而提高颗粒的生物相容性。而对于纳米颗粒与细胞交互作用中的力学因素，亟待系统研究。2011年以来，中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室微结构计算课题组对细胞与一维纳米材料（Nature Nanotechnology，2011，6：714；Nano Letters，2014，14：1049）、二维纳米材料（RSC Advance，2013，3：15776）以及多纳米颗粒协同的交互作用（Journal of the Mechanics and Physics of Solids，2014，73：151）开展了系列研究，发现力学因素在其中起着显著作用。

　　由于较高的输运效率以及较低的副作用，磷脂分子包被的聚合物纳米颗粒被认为是理想的细胞内药物输运载体用来制备抗癌药物。同时，它又是合适的模型系统用来研究纳米材料的生物效应。至今为止较多的研究集中于颗粒化学组分、尺寸、表面物性和生物相容性对细胞内吞纳米聚合物颗粒以及抗癌功效的影响，而颗粒弹性性能影响其进入细胞的实验研究一直是空白。

　　通过与国家纳米科学中心合作，研究人员利用微流控芯片制备了尺寸、形状、表面物化性质一致的纳米颗粒。此类颗粒结构以磷脂为壳，聚合物为核，中间则是水分子层。通过改变试剂的加入顺序以及调控试剂流速，他们成功地制备出含水量不同的纳米颗粒。实验表明，含水量的不同直接影响了颗粒的刚度：含水越多的颗粒刚度越低。进一步的细胞实验表明，刚度较大的颗粒进入细胞的效率显著高于刚度较低的颗粒，同时携带药物后刚度较大的颗粒有效地抑制了癌细胞的活性。通过理论分析以及分子模拟，他们给出了刚度调节纳米颗粒进入细胞的力学机制。此项研究表明纳米颗粒的弹性性能对细胞的内吞起着显著影响，可以用来指导细胞内药物输运载体的设计。

　　此项工作于2014年12月22日在线发表于国际学术期刊Advanced Materials (Sun et al. Tunable Rigidity of (Polymeric Core)- (Lipid Shell) Nanoparticles for Regulated Cellular Uptake）。

　　该项研究获得中科院、科技部以及国家自然科学基金委的经费支持。

    来源：中科院力学研究所http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/201512613143554635339.shtm