等离子体聚合纳米颗粒的基团保留与功能稳定性及其在长期生物功能化中的应用

《Advanced Materials Interfaces》：Radical Retention and Functional Stability of Plasma-Polymerized Nanoparticles for Long-Term Biofunctionalization

　　等离子体聚合纳米颗粒（PPNs）在干燥室温储存条件下可长期保持物理化学稳定性和表面活性，经12周和1年储存后，其尺寸、氧化态及自由基浓度无明显变化，且仍能有效结合荧光染料 Nile Blue 并实现 A549 肺癌细胞高效内吞，验证了长效储存的可行性。

　　本文探讨了等离子体聚合纳米颗粒（PPNs）在不同存储条件下的稳定性及其功能保持情况。PPNs作为一种新型的纳米载体，因其无需溶剂、快速合成、高功能化表面等优势，在生物医学领域展现出巨大的潜力。然而，当前对PPNs在存储过程中可能发生的物理化学性质变化及反应活性影响缺乏系统研究，这成为其临床转化和商业化应用的一大障碍。

PPNs的物理化学稳定性，包括粒径、表面电荷、聚集行为以及化学组成，对于其功能化能力和生物应用至关重要。研究发现，在优化的存储条件下，PPNs能够保持其高度的功能性，即使在长达一年的存储后，其表面反应活性依然保持良好。这种特性使得PPNs成为一种理想的纳米平台，可用于药物输送、生物传感、疾病标志物发现及生物成像等领域。

实验结果表明，PPNs在干态下以室温存储时，其粒径保持稳定，约为207 ± 3.1纳米，并且保留了62.0 ± 2.0%的初始自由基浓度。相比之下，当PPNs以湿态存储时，其粒径和表面电荷会随时间发生显著变化。特别是在高离子强度或特定pH值的缓冲液中，PPNs的聚集趋势明显增强，导致粒径增大，从而影响其功能表现。这些发现强调了选择合适的存储条件对于维持PPNs的稳定性和功能性的重要性。

此外，研究还探讨了存储条件对PPNs表面化学组成的影响。通过X射线光电子能谱（XPS）分析，PPNs在干态下存储12周后，其化学组成和键合情况几乎没有变化，而湿态存储则会导致氧含量的显著增加，这可能与自动氧化过程有关。研究还指出，PPNs在干态下的稳定性优于湿态，因为干态存储减少了粒子间的相互作用，降低了聚集的可能性。

自由基的存在是PPNs功能化能力的关键因素。实验利用电子自旋共振（EPR）光谱技术评估了不同存储条件下自由基的浓度变化。结果显示，即使在一年的存储后，PPNs依然能够保持其表面的自由基活性，这表明其在长期存储后仍具备良好的反应能力。自由基的持久性不仅保障了PPNs作为纳米载体的稳定性，还为其在生物医学中的广泛应用提供了基础。

为了验证PPNs在长期存储后的功能性，研究团队进行了荧光光谱分析和细胞摄取实验。使用尼罗蓝（Nile Blue A）作为模型荧光标记物，PPNs在干态下存储一年后依然能够实现高效的共价偶联。细胞摄取实验进一步表明，这些功能化的PPNs能够在A549肺癌细胞中被有效摄取，与新鲜制备的PPNs相比，其生物活性没有明显差异。这一结果证实了PPNs在长期存储后依然能够保持其作为纳米载体的功能性。

研究还揭示了存储状态和温度对PPNs聚集行为的影响。在干态下存储的PPNs，其聚集程度显著低于湿态存储的样品。特别是在室温下，PPNs的聚集现象被有效抑制，而低温存储虽然在一定程度上减少了自由基的损失，但同时也可能增加水分凝结的风险，进而影响其稳定性。因此，选择适宜的存储条件，如干态室温，对于保持PPNs的物理化学稳定性和反应活性至关重要。

实验还涉及了多种分析手段，包括动态光散射（DLS）、水接触角测量、XPS、ATR-FTIR和EPR光谱等，以全面评估PPNs在不同存储条件下的性能变化。这些技术的应用为理解PPNs的稳定性机制提供了重要依据，并为后续的优化存储策略奠定了基础。

在实际应用中，PPNs需要从干态重新分散以进行功能化和生物实验。研究发现，使用Milli-Q水作为重分散介质能够有效维持PPNs的稳定性，而使用缓冲液则可能导致其表面电荷的显著变化，进而影响其功能表现。这一发现对于PPNs的储存和使用具有重要的指导意义。

综上所述，本文通过系统的实验分析，明确了PPNs在不同存储条件下的稳定性与功能性变化规律。研究结果不仅为PPNs的长期存储提供了科学依据，也为其在生物医学领域的进一步应用指明了方向。通过优化存储条件，PPNs能够保持其物理化学特性和反应活性，从而提升其在临床转化和商业应用中的可行性。