Ökad medvetenhet om bioeffekter och toxicitet hos nanomaterial som interagerar med celler sätter fokus på mekanismerna genom vilka nanomaterial kan passera lipidmembran. Förutom väl diskuterad energiberoende endocytos för stora föremål och passiv diffusion genom membran av lösta molekyler, det finns andra transportmekanismer baserade på fysiska principer. Ett team av teoretisk fysik vid Universitat Rovira i Virgili i Tarragona, ledd av Dr Vladimir Baulin, designat ett forskningsprojekt för att undersöka interaktionen mellan nanorör och lipidmembran. I datorsimuleringar, forskarna studerade vad de kallar ett "modell dubbelskikt" som består av endast en typ av lipid. Baserat på deras beräkningar, teamet observerade att ett ultrakort nanorör (10 nm längd) kan infogas vinkelrätt mot lipiddubbelskiktskärnan.

De observerade att dessa nanorör förblir fångade i cellmembranet, som allmänt accepteras av vetenskapssamfundet. Men när de sträckte ut sitt modellcellmembran, nanorör som var fångade i dubbelskiktet började plötsligt fly från båda sidor. Detta innebär att det är möjligt att kontrollera transporten av ett nanomaterial över ett cellmembran genom att justera membranspänningen.

Dr. Baulin kontaktade Dr. Jean-Baptiste Fleury vid Saarlands universitet (Tyskland) för att bekräfta denna mekanism och för att experimentellt studera detta spänningsmedierade transportfenomen. Dr Fleury och hans team designade ett mikrofluidiskt experiment med ett välkontrollerat fosfolipiddubbelskikt, en experimentell modell för cellmembran, och tillsatte ultrasmå kolnanorör (10 nm i längd) i lösning. Nanorören hade ett adsorberat lipidmonoskikt som garanterar deras stabila spridning och förhindrar kluster. Med hjälp av en kombination av optisk fluorescerande mikroskopi och elektrofysiologiska mätningar, teamet kunde följa ett individuellt nanorör som korsar ett dubbelskikt och reda ut deras väg på molekylär nivå. Och som förutspått av simuleringarna, de observerade att nanorör kom in i dubbelskiktet genom att lösa upp deras lipidbeläggning i det konstgjorda membranet. När en spänning på 4mN/m applicerades på dubbelskiktet, nanorör flydde spontant dubbelskiktet bara på några millisekunder, medan nanorör vid lägre spänningar förblir fångade inuti membranet.

Denna upptäckt av translokation av små nanorör genom barriärer som skyddar celler, dvs lipiddubbelskikt, kan ge upphov till farhågor om nanomaterials säkerhet för folkhälsan, och föreslå nya mekaniska mekanismer för att kontrollera läkemedelstillförseln.