Новый метод контролирует размеры кластеров наночастиц для исследований безопасности

Инженерные наночастицы привлекательны для множества применений благодаря своим свойствам: размеру с вирус, биологической и экологической стабильности и растворимости в воде. Однако эти же свойства вызывают опасения по поводу их долгосрочного воздействия на окружающую среду, здоровье и безопасность (EHS). Особый интерес представляет склонность наночастиц слипаться в растворе, так как размер этих кластеров может быть ключевым фактором их токсичности для человеческих клеток. Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) впервые продемонстрировали метод получения стабильных во времени кластеров наночастиц контролируемых размеров для корректного изучения их воздействия на клетки.

Метод контроля кластеризации

Учёные создали образцы наночастиц золота, серебра, оксида церия и положительно заряженного полистирола, суспендировав их по отдельности в среде для культивирования клеток, что позволило начаться процессу слипания. Они останавливали кластеризацию, добавляя в смеси белок бычий сывороточный альбумин (BSA). Чем дольше наночастицам позволяли слипаться, тем крупнее получался кластер. Например, для 23-нанометровых частиц серебра разное время кластеризации позволило получить распределение кластеров диаметром от 43 до 1400 нанометров. Аналогичные распределения по размерам были получены и для трёх других типов наночастиц.

Результаты

• Использование одинаковых «времён заморозки» (моментов добавления BSA) давало согласованные распределения по размерам для всех четырёх типов наночастиц.
• Все дисперсии, стабилизированные BSA, оставались стабильными в течение 2–3 дней, что достаточно для многих исследований токсичности.

Проверка метода на токсичности

Чтобы доказать практическую применимость метода, кластеры наночастиц серебра разного размера смешали с лошадиной кровью для изучения влияния размера агрегата на токсичность для эритроцитов. Присутствие гемоглобина (железосодержащей молекулы в эритроцитах, переносящей кислород) в растворе указывало бы на лизис (разрушение) клеток ионами серебра, высвобождаемыми из кластеров. Измерение количества гемоглобина для каждого размера кластера позволило бы определить уровень токсичности.

Выводы исследования

Было обнаружено, что разрушение эритроцитов уменьшалось с увеличением размера кластера. Учёные предполагают, что крупные кластеры наночастиц растворяются медленнее, чем мелкие, и, следовательно, высвобождают меньше ионов серебра в раствор.

Планы на будущее

Команда NIST планирует далее охарактеризовать различные размеры кластеров, достижимые с помощью их метода, и использовать эти кластеры для изучения влияния на цитотоксичность различных покрытий (например, полимеров), наносимых на наночастицы.