欧洲XFEL从一种重要的纳米凝胶中获得秘密

位于汉堡附近Schenefeld的世界上最大的X射线激光欧洲XFEL的一个国际团队仔细研究了一种重要纳米凝胶的性质，这种凝胶通常用于医学，以靶向和可控的方式在患者体内的所需位置释放药物。该团队现已将研究结果发表在《科学进展》杂志上

研究人员在汉堡附近Schenefeld的欧洲XFEL研究了聚合物聚-N-异丙基丙酰胺（PNIPAm）的温度引起的膨胀和塌陷。由于其动态变化，PNIPAm经常用于医学，例如药物递送、组织工程或传感

PNIPAm通常溶解在水中。超过一定温度，即所谓的下临界溶液温度（LCST），约为32°C，它从亲水、喜水状态变为疏水、拒水状态。因此，正如Lehmkühler及其同事所研究的那样，纳米凝胶颗粒在超过该温度时会通过排出水分而迅速改变尺寸

此功能可用于多种应用，包括药物在患者体内的控制释放，作为蛋白质和组织工程的模型系统，用于医疗应用的有机组织培养，或作为生物兼容的温度传感器

然而，到目前为止，很难通过实验观察这些快速相变，因此很难针对不同的应用对其进行优化。因此，精确表征PNIPAm聚合物随温度变化的动力学仍然是一个活跃的研究课题

现在，来自欧洲XFEL的X射线脉冲的快速序列使研究人员能够使用一种名为X射线光子相关光谱（XPCS）的技术来研究PNIPAm纳米凝胶中的快速、温度依赖性变化

“由于欧洲XFEL的高重复率，我们可以以足够高的时间分辨率进行这些测量，以跟踪纳米凝胶的结构和运动，”欧洲XFEL材料成像与动力学（MID）仪器的仪器科学家Johannes Möller说。研究人员研究了大约100纳米大小的粒子。X射线脉冲用于加热纳米颗粒，并通过其动力学（即其在周围水中的运动）测量其结构变化

“在欧洲XFEL获得的数据的帮助下，我们现在能够更好地了解聚合物的膨胀和坍塌，”该团队的领导者之一Felix Lehmkühler说

Lehmkühler解释道：“与之前仅限于间接测量溶胀或坍塌动力学的研究相比，我们发现纳米凝胶在100纳秒的范围内收缩得更快，但溶胀需要两到三个数量级的时间。”。研究结果可以帮助研究人员进一步了解和改进聚合物在不同应用中的特性，例如开发更有效的药物递送系统