Poloxamer 407（泊洛沙姆407）在溶液中自组装形成胶束，并在接近体温时转变为凝胶。这项研究揭示了在不同盐分和离子存在的溶液中，这些胶束如何相互作用并组织成凝胶的重要差异，这些差异最终可能影响药物纳米载体技术的关键特性，如药物释放速率。图片来源：千叶大学Dr. Takeshi Morita
聚合物胶束是微小的自组装颗粒，正在彻底改变药物递送和纳米医学的格局。当含有亲水和疏水片段的聚合物链在液体溶液中组织成纳米级球体时，它们就形成了；这些结构可以捕获并保持那些难以溶解的药物。
Poloxamer 407 (P407) 是一种广泛研究的胶束形成聚合物，特别有用，因为它在变暖时会从液体转变为软凝胶，在接近体温时最稳定。这种温度依赖性的凝胶行为使P407能够缓慢释放负载的药物，从而减少给药频率及其副作用。
尽管进行了大量的实验室研究，科学家们仍难以完全理解P407的溶胶-凝胶转变。其特殊性质并非来自单个胶束单独作用，而是来自它们如何相互作用和组织在一起。
然而，现有知识大多基于纯水中的实验，这比人体内发现的液体环境要简单得多。
此外，现有的理论模型依赖于对聚合物胶束不太适用的假设，使得在模拟体液的实验室盐水溶液中，关键的胶束间作用力难以明确和预测。
探究盐水环境中的胶束行为
为了填补这些知识空白，由日本千叶大学理学院副教授Takeshi Morita领导的研究团队对P407胶束在盐水环境中的相互作用进行了深入的实验研究。
他们发表在《胶体与界面科学杂志》上的论文由千叶大学的Shunsuke Takamatsu先生、Kenjirou Higashi博士和Minami Saito女士；日本长滨生物科学与技术研究所的Hiroshi Imamura博士；以及日本室兰工业大学的Tomonari Sumi博士共同撰写。
研究人员没有对胶束应该如何行为做出任何假设，而是使用实验数据来量化它们在与体内条件密切相似的条件下的相互作用。他们专注于溶解在磷酸盐缓冲盐水(PBS)中的P407胶束，这是一种生物研究中使用的标准溶液，并结合了两种互补技术。
首先，使用小角度X射线散射来探测胶束在纳米尺度距离上如何相互定位，揭示集体结构模式。然后，他们使用动态光散射通过跟踪散射光的波动来测量单个聚合物链、胶束和较大聚集体的尺寸和运动。
揭示胶束如何相互作用和形成凝胶
通过整合这些数据集，研究人员计算了"对相互作用势"，这是一种定量描述，描述了两个胶束根据它们的分离距离相互吸引或排斥的强度。他们发现，随着温度升高向凝胶形成方向发展，胶束变得更加规则排列，彼此稍微远离但仍保持连接。
这种行为与一种称为Alder转变的熵驱动过程一致，在该过程中，粒子结晶是因为有序排列允许更小的热运动有更大的自由度。
然而，在PBS中，胶束之间的吸引力比在水中更强，这意味着它们倾向于更紧密地结合。这种更强的吸引力限制了胶束可以分离的距离，产生具有更多结构波动和更不均匀秩序的凝胶。
研究团队证明了这些差异对凝胶稳定性有显著影响。在盐水中形成的凝胶在比水中形成的凝胶更低的温度下分解，这表明结构波动随着温度升高而削弱凝胶，使其更快崩溃。
Morita博士表示："通过更好地理解控制药物纳米载体特性的胶束间相互作用，将有可能阐明和预测在更接近身体条件的环境中持续药物释放行为和凝胶形成的基本机制。"
对未来药物递送的影响
这项研究结果对药物递送研究具有重要意义。像P407这样的聚合物胶束被广泛研究为新型药物（包括许多现代抗癌和抗炎化合物）的有希望的载体。了解盐分和离子如何影响胶束相互作用可以帮助研究人员设计出能更可预测地释放药物并在体温下保持稳定的配方。
Morita博士总结道："通过推进我们对生理条件下胶束行为的了解，我们的工作将有助于推进药物纳米载体研究，提高难溶药物的药理功效，并有助于开发减少服药的身心负担的技术。"
除了P407的特定胶束系统外，这项工作还展示了以实验为基础的方法如何阐明复杂软材料中的相互作用和物理机制——这是将纳米科学转化为实际应用的重要一步。
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