Химики и физики из Университета Неймегена имени Святого Радбода (Radboud University) научились открывать и закрывать наночастицы с помощью магнитов. Этот процесс воспроизводим и может управляться дистанционно, позволяя, например, осуществлять направленный транспорт лекарственных веществ в организме.

Без магнитного поля (0 Тл, слева), пузырьки
имеют небольшое отверстие. В сильном
магнитном поле (20 Тл), они деформируются,
в результате чего образуется большое отверстие.
(Фото: Radboud University Nijmegen)

Идея ученых состоит в создании наносредств для направленной транспортировки лекарственных препаратов. Промежуточные результаты их исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Экспериментальные нанопузырьки (полимерсомы) собираются из диамагнитных амфифильных блок-сополимеров с высоко анизотропной магнитной чувствительностью и выглядят как мельчайшие чашеобразные структуры. Их уже удавалось загружать лекарствами и открывать далеко от места введения. Но это делалось с помощью химического процесса, например, осмоса. Исследователи из Института молекул и материалов (Institute for Molecules and Materials) Университета Радбода доказали эффективность другого метода.

Они растянули пузырек выравниванием молекул его стенки, используя сильные магниты. Поскольку сила магнитного поля строго связана с размером пузырьков, контроль над деформацией облегчается. Таким образом, ученым впервые удалось сделать этот процесс обратимым: без магнитного поля пузырьки закрыты и открываются при его включении. После отключения поля они возвращаются в закрытое состояние. Этот процесс воспроизводим и может регулироваться дистанционно.

«Наши коллеги химики недавно опубликовали статью о своего рода наноракетах – пузырьках, перемещающихся за счет выбрасывания продуктов сгорания. Сначала мы только хотели посмотреть, можно ли придать движению этих ракет определенное направление с помощью магнитных полей, но к нашему удивлению во время этих экспериментов пузырьки открывались. Это дало старт нашему исследованию», – рассказывает о своей работе Петер Христианен (Peter Christianen).

Без магнитного поля пузырек закрыт (1), а при его включении открывается (2) и может быть загружен.
После отключения поля пузырек возвращается в закрытое состояние (удобное для транспортировки).
При усилении магнитного поля он снова открывается, высвобождая свой груз (3 и 4).
(Рис. Radboud University Nijmegen)

«Предположим, что вы заполняете пузырек топливом и лекарствами, а затем перемещаете его, создав маленькое отверстие, позволяющее выходить только топливу. После этого вы можете выгрузить оставшийся груз в пункте назначения», – объясняет, как, в конечном счете, могут быть объединены эти два направления исследований, химик Даниэла Вилсон (Daniela Wilson).

Однако новый метод еще требует тонкой настройки. Ученые попытаются выяснить, в какой степени пузырек деформируется магнитным полем определенной силы. Кроме того, они собираются поэкспериментировать с различными типами молекул его стенок.

«Пузырьки, которые мы используем сейчас, непригодны для применения в человеческом организме, и мы ищем подходящие молекулы. Кроме того мы надеемся найти материалы, для которых такой же эффект возможен при более слабом магнитном поле – таком как в МРТ. Тогда эту технологию можно будет применять в клиниках, используя для этой цели МРТ-сканеры. В любом случае первый шаг сделан: мы продемонстрировали, что метод работает», – добавляет Вилсон.

Оригинальная статья

Polymersome magneto-valves for reversible capture and release of nanoparticles