纳米材料的设计旨在促进疾病诊断和药物输送的一系列应用。纳米技术在医学中的广泛应用取决于安全地瞄准纳米材料并了解它们在完成预期任务后在生物组织环境中的行为的能力。

发表在NatureProtocols上的一项题为“生物基质中含金属纳米材料动态表征和定量的分析工作流程”的研究开发了一个全面的工作流程，能够在痕量水平上对生物系统中的含金属工程纳米材料进行检测、表征和定量浓度。该工作流程增强了纳米技术在医学中应用的安全性和针对性。

“这是第一个用于分析纳米粒子在人类和生物体使用后发生变化的综合方案。这是了解纳米材料行为方式的重要一步，希望有一天能够让纳米技术充分发挥其潜力，”该研究的主要作者、东芬兰大学研究员FazelMonikh博士说。

与早期尝试使用荧光染料或放射性标记检测和量化生物系统中含金属纳米材料的方法不同，新研究中提出的工作流程使用了一系列分析技术，例如单细胞电感耦合等离子体质谱法(scICP-MS)、单颗粒电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)和同步加速器X射线吸收精细结构光谱(XAFS)，不依赖于染料、放射性标记或荧光团。

该方法可用于分析工程纳米材料在一系列生物样品中的命运和行为，包括单细胞、细胞层、组织、器官、整个生物体或生理介质。研究人员可以使用该方法分析血液、肠道内容物或血淋巴等介质样本，以及包括细菌、动物或植物在内的不同生物体。

协议概述

该协议包含三个连续的模块化程序：首先，对单个细胞中的工程含金属纳米材料进行原位测量;其次，从生物来源中提取颗粒后对纳米材料进行测量;第三，纳米材料在生物系统中变化的原位表征(生物转化)。

第一个程序包括用于体外细胞实验或单一微生物分析的样品制备，然后使用scICP-MS定量细胞关联。scICP-MS需要少量的单细胞，大约每毫升3,000个细胞，具体取决于单个细胞的大小。与细胞光度法不同，scICP不需要对细胞进行染色或标记纳米颗粒，并且可以量化细胞中或群体表面细胞的纳米材料的量。

工作流程的第二个模块包括从生物体中解剖组织，从生物样本中分离颗粒，稳定提取的颗粒以防止它们粘在一起(团聚)，如果需要的话按尺寸分离颗粒，并使用分析技术(例如ICP-MS、spICP-MS、TEM(透射电子显微镜)、DLS(动态光散射)和NTA(纳米粒子跟踪分析)。这些分析技术可测量颗粒的分布、颗粒的大小、形状和离子的释放。

第三个也是最后一个模块包括四个选项，其中使用XAFS表征生物体中含金属工程纳米材料的生物转化，使用μ-XRF(微X射线荧光)或STXM(软透射X射线显微镜)对植物样品进行定量)或使用STXM分析细胞系。

该工作流程可以适应多种目的。它可以将毒性与特定颗粒形式相关联，并帮助量化纳米材料的吸收、分布和排泄。各个协议的排列可用于工业领域，以采用安全的设计策略来生产纳米材料，并由监管机构用于识别潜在风险并执行标准化法规。根据组合的各个协议，工作流程的执行可能需要一周到一个月的时间。