近日，國家納米科學中心-中國科學院高能物理研究所納米生物效應與安全性聯合實驗室的研究人員發現，當對納米結構Gd@C82的球體表面進行不同的化學修飾以后，球籠內部的金屬原子的電子發射性質出現周期性的交替變化。該成果于4月26日發表在材料科學界頂尖刊物《先進材料》(Advanced Materials)網絡版上。這種現象的發現不僅為設計電子性質可控的納米結構材料具有重要意義，而且它會增強納米顆粒的表面電荷的局域化，這對納米顆粒的生物效應以及納米顆粒進入細胞的能力與機制與它們的藥效和毒理學效應直接相關。這項研究得到了科技部、國家自然科學基金委以及中國科學院的支持。 據悉，該實驗室在碳納米材料的修飾與基礎性質及其生物效應研究方面，已經形成系統的“研究鏈”，這項新的重要結果是在前面研究的基礎上開展深入研究的成果。去年，該實驗室的研究人員把金屬釓原子包在一個約1納米左右的全封閉碳籠內，然后在碳籠外表進行適當化學修飾制成納米顆粒，結果發現這些類似三明治的納米顆粒對肝癌生長的抑止效果遠遠好于目前臨床上使用的抗腫瘤藥物??順鉑和環磷酰胺。由于這種納米顆粒不是通過直接殺死細胞的方式產生抑止腫瘤的藥效，可能存在未知的新的抗腫瘤生長機制，研究人員對此正在開展深入系統的研究，其中之一就是對Gd@C82的表面進行不同的化學修飾，然后研究它們的生物效應以及抗腫瘤效果的變化。在研究生物效應之前，研究人員通常首先對納米顆粒的物理化學性質進行表征。利用高能所同步輻射的光電子譜學研究表面修飾不同羥基數目的Gd@C82的電子發射性質時發現，隨著碳籠表面羥基數目的改變，金屬原子的電子發射譜出現周期性的變化。深入研究發現，這種周期性的變化是由于表面化學修飾的變化，誘導內部金屬原子的電子結構發生改變所致。不僅如此，羥基數目的改變可以導致碳籠表面的電子性質在共軛效應和誘導效應之間轉變。 負責這項研究的趙宇亮研究員介紹說，這種現象的發現不僅為設計電子性質可控的納米結構材料具有重要意義，而且它會增強納米顆粒的表面電荷的局域化，這對納米顆粒的生物效應，比如跨越細胞膜進入細胞內等過程，將產生極大的影響，而納米顆粒進入細胞的能力與機制與它們的藥效和毒理學效應直接相關。目前，這些納米顆粒的生物效應、抗腫瘤效應等系列研究正在進行中。