Människor har kombinerat material för att få fram de bästa egenskaperna hos båda ända sedan koppar och tenn slogs samman för att starta bronsåldern. I den senaste framgångsrika sammanslagningen, forskare vid National Institute of Standards and Technology, University of Maryland och U.S. Food and Drug Administration (FDA) har utvecklat en metod för att kombinera två ämnen som individuellt har skapat intresse för deras potentiella biomedicinska tillämpningar:en fosfolipidmembran "bubbla" som kallas en liposom och partiklar av hydrogel, ett vattenfyllt nätverk av polymerkedjor. Kombinationen bildar en hybridpartikel i nanoskala (miljarddels meter) som en dag kan resa direkt till specifika celler såsom tumörer, passera lätt genom målets cellmembran, och släpp sedan långsamt en drognyttolast.

I en ny artikel i tidningen Langmuir , forskargruppen granskade hur liposomer och hydrogelnanopartiklar har individuella fördelar och nackdelar för läkemedelsleverans. Medan liposomer har användbara ytegenskaper som gör att de kan rikta in sig på specifika celler och passera genom membran, de kan spricka om den omgivande miljön förändras. Hydrogel nanopartiklar är mer stabila och har kontrollerad frisättningsförmåga för att justera doseringen av ett läkemedel över tiden, men är benägna att degraderas och klumpa ihop sig. Forskarnas mål var att konstruera nanopartiklar som innehåller båda komponenterna för att utnyttja styrkorna hos varje material samtidigt som de kompenserar för deras svagheter.

För att tillverka sina liposom-hydrogel-hybridvesiklar, forskarna anpassade en NIST-UM-teknik känd som COMMAND för kontrollerad mikrofluidisk blandning och bestämning av nanopartiklar som använder en mikroskopisk fluidisk (mikrofluidisk) enhet. I det nya verket, fosfolipidmolekyler löses i isopropylalkohol och matas via en liten (21 mikrometer i diameter, eller tre gånger storleken på en jästcell) inloppskanal till en "mixer"-kanal, sedan "fokuseras" till en vätskestråle av en vattenbaserad lösning tillsatt genom två sidokanaler. Hydrogelprekursormolekyler blandas in med fokuseringsvätskan.

När komponenterna smälter samman vid vätskeströmmarnas gränssnitt, fosfolipidmolekylerna sätts ihop till nanoskala vesiklar av kontrollerad storlek och fångar monomererna i lösning inuti. De nybildade vesiklarna bestrålas sedan med ultraviolett ljus för att polymerisera hydrogelprekursorerna som de bär till en fast gel som består av tvärbundna kedjor. Dessa kedjor ger styrka åt vesiklarna samtidigt som de tillåter dem att behålla den sfäriska formen av liposomhöljet (som, i tur och ordning, skulle underlätta passage genom ett cellmembran).

För att förvandla liposom-hydrogelhybridvesiklarna till cellulära leveransvehiklar, ett läkemedel eller annan last skulle läggas till fokuseringsvätskan under produktionen.