氧化钛纳米管促进低成本激光辅助光穿孔

丰桥工业大学机械工程系的一个研究小组开发了一种使用氧化钛纳米管 (TNT) 进行高效低成本细胞内递送的纳秒脉冲激光辅助光穿孔方法。他们的研究结果将于2021 年 3 月 30 日发表在Applied Surface Science上，148815。

将具有高细胞活力和转染能力的外部分子输送到活细胞中的潜力在细胞生物学中引起了极大的兴趣，用于诊断、药物输送和细胞治疗和再生医学的治疗发展。多年来，药物递送系统已经发展到能够更好地控制药物剂量、靶向递送并减少副作用。这些技术可分为病毒方法、物理方法或化学方法。

在这些方法中，由于侵入性较小，光穿孔正在出现并且在过去几年中已成为细胞内递送的流行方法。在这种方法中，将吸收脉冲光的金纳米粒子分散在溶液中以穿孔细胞，但是材料昂贵。理想的是使用较便宜的纳米材料，同时保持高递送效率和细胞活力。

该研究小组设计并制造了一种具有成本效益的纳米管阵列，用于基于光穿孔的细胞内递送。使用电化学阳极氧化技术在不同电压和时间下在钛片上形成 TNT。X 射线光电子能谱 (XPS) 显示存在不同的氧化钛物质，例如 TiO 2和 TixOy (TiO/Ti 2 O 3 /Ti 3 O 5)。通过不同的阳极氧化电压和时间形成的 TNT 具有不同浓度的这种氧化物质以及少量的 Ti 金属 (TiO)。由于氧缺陷的形成，纳米管具有准金属和金属性质。纳米管的这些特性可以在用纳秒脉冲激光照射后通过各种机制促进细胞内递送。

HeLa——人类宫颈癌细胞在 TNT 上培养并引入生物分子溶液。在纳米管上暴露于 532 nm 脉冲激光后，我们成功地将碘化丙啶 (PI) 和葡聚糖输送到 HeLa——人类宫颈癌细胞中，具有高效率和细胞活力。

细胞膜穿孔的可能原理包括热介导的纳米气泡、光化学诱导的活性氧 (ROS)、从纳米管到细胞膜的热传递以及每个纳米管上的局部表面等离子体共振高电磁场增强。这导致在每个细胞膜-纳米管界面形成空化纳米气泡，这些气泡可能会迅速生长、聚结和坍塌，引起爆炸，导致细胞膜穿孔，从而使生物分子能够从细胞外部输送到细胞内部。“基于 TNT 的光穿孔的细胞内递送的确切机制仍不清楚。细胞内递送可能通过这些机制的组合发生，”丰桥工业大学的研究员 L. Mohan 说。

丰桥工业大学团队负责人 Moeto Nagai 认为，氧化钛纳米管可以成为使用脉冲激光进行细胞内递送的多功能低成本平台。该设备的突出特点是平行可控的均匀输送、高效和细胞活力，具有潜在的适用于细胞治疗和再生医学的潜力。

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