一种可替代金的氧化钛纳米管光穿孔法技术

2021年1月27日，日本丰桥工业大学（TUT）机械工程系的研究人员开发了一种使用氧化钛纳米管的低成本光穿孔方法。光穿孔法（Photoporation)是一种采用聚焦光线来穿透细胞膜的方法，其可以产生使物质进入细胞膜的通路。

以往光穿孔技术一般使用可吸收脉冲光线的金纳米颗粒实现穿透效果，所以该技术的实施通常很昂贵。TUT开发的技术使用了一种成本较低的材料：氧化钛纳米管（TNTs）。

示意图：（a）在氧化钛纳米管上培养的细胞，以及

（b）利用纳米管阵列和脉冲激光之间的相互作用进行大规模平行光穿孔。

由丰桥工业大学提供。

TNTs材料是使用电化学阳极氧化技术在在钛金属薄片上形成的，产生时需要控制制作电压和时长。X射线光电子能谱显示了不同类型的二氧化钛，比如TiO₂和Ti_xO_y（TiO/Ti₂O₃/Ti₃O₅）。采用不同的阳极氧化电压和时长可以控制这些二氧化钛类型的浓度，也可以影响少量的钛金属。由于氧缺陷的原因，纳米管同时具有准金属和金属特性。

在用纳秒脉冲激光辐照后，这些性质可以通过各种机制促进细胞内输送。

研究人员在TNTs上培养人宫颈癌细胞，并引入了一种生物分子溶液。在暴露于532nm激光脉冲后，研究人员以高效率和细胞通过性将碘化丙啶和右旋糖酐输送至细胞中。

TUT的研究人员L. Mohan说：“基于TNTs光穿孔技术的细胞内运输机制仍不清楚。”

细胞膜穿孔的可能原理是：热介导的纳米泡；光化学诱导的活性氧（ROS）；纳米管至细胞膜的热传递；每个纳米管局部表面等离子体共振（SRS）产生的强电磁场。空化的纳米气泡在细胞膜-纳米管的界面中形成，可以迅速生长、聚结和塌陷，引起爆炸，从而导致膜穿孔，从而使生物分子进入细胞。

Mohan说：“物质在细胞内的传递可能是这些机制的结合。”

据团队负责人Moeto Nagai称，氧化钛纳米管可以成为一种用于通过激光脉冲进行细胞内传递的、多功能且低成本的平台，因为该技术实现了平行且可控的均匀传递，并具有高效率和细胞通过性。该技术最终将在细胞疗法和再生医学中得到应用。

这项研究发表在《Applied Surface Science》（www.doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.148815）上。