不一樣的新型石墨碳納米膠囊

材料牛注：石墨也能做成納米膠囊？據悉，瑞士科學家已經成功研制出了一種新型石墨碳納米膠囊。更令人驚嘆的是，這種新型納米膠囊不僅有很好的水溶性，還能自發內聚疏水分子，并且只有當周圍環境中的疏水分子濃度很低時才會將其釋放。這為藥物緩釋治療提供了一種新的解決方案。

眾所周知，納米膠囊可用于保護敏感性化妝品和食品，或將藥物運抵靶標病灶并在特定條件下持續釋放內含藥物。而所謂的納米膠囊，是一種類似于普通感冒藥膠囊，具有殼/核結構特點且尺寸為納米級別的金屬、非金屬以及有機物的包裹體。膠囊外殼通常是中空的泡狀或球狀物，加載的內核可以是食品或者藥品，所以它主要起到一種保護和控制內含物釋放的作用，在醫藥和食品方面運用比較廣泛。

瑞士科學家在Angewandte Chemie上發表的一篇論文顯示，他們已經推出一種新品種的納米膠囊——由三到四個石墨層組裝的中空碳泡。（“空心碳納米球：合成，化學功能化及水中裝載類型”）。這些泡狀物有很好的水溶性以及能自發內聚疏水分子，并且，只有當周圍環境中疏水分子的含量很低時，疏水分子才會被釋放。這些特性，對于需要持續釋放的藥物運輸系統來說非常有利。

基于純碳的納米膠囊因其惰性和生物相容性而備受矚目，其中最有名的空心碳球就是富勒烯。它們的基本結構單元是類似于單層石墨的六邊形蜂窩狀，但是富勒烯太小不能做成膠囊。而其他較大的空心碳球往往含有較大孔洞、石墨結構含量過低、或者根本不能裝載有機分子。

在蘇黎世聯邦理工學院與Wendelin J. Stark共事的科學家們，目前已經開發出一種內部疏水而外部親水的新型石墨碳納米膠囊。這對那些不溶于水但是又必須通過體內水環境運送的藥物而言，新型膠囊是一種理想的載體。

新型膠囊的合成從用碳包覆的鈷納米顆粒開始。研究者們對這些顆粒進行處理后，使得帶負電的聚合物鏈段可以在顆粒上生長。但由于新型膠囊存在鈷納米金屬內核，所以聚合物鏈只是在泡泡表面增長。這些聚合物鏈不僅確保了新型膠囊具有高水溶性，并且能防止膠囊凝結在一起。在合成的最后階段，用酸洗法洗脫金屬內核。

研究者們發現，當膠囊中載有羅丹明B時，會發生一個有趣的現象：疏水的熒光染料，竟然有悖于濃度梯度而自發聚集在泡泡內！這些泡泡就像是水中的油滴，因為在水中，低水溶性的物質會優先漂移進油相。

此外，研究者們還發現，只有當外部的熒光染料濃度急劇減少時，它們才會從泡泡中被釋放出來。這種加載和卸載過程即自動聚集與釋放過程，顯示出了一種意想不到的滯后現象。研究人員解釋道，聚集在泡泡中的羅丹明B會形成一種類似于水包油乳狀物的液滴。在這種形式下，染料處于一種相對穩定的狀態。因此，染料的釋放只發生在外部的熒光染料濃度比加載過程的預期濃度低得多的時候。

這些可加載的納米膠囊不僅具備穩定的機械性能，還可以形成長久穩定的乳狀物。可以說，這種新型石墨碳納米膠囊，為發展納米運輸系統提供了一種有趣的新方式。

本文由新銳黃瓊翻譯，張藝審核，感謝楊志濤提供素材！

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論文地址：Hollow Carbon Nanobubbles: Synthesis, Chemical Functionalization, and Container-Type Behavior in Wat