突破液相无标记观测瓶颈！纳米光谱与成像系统揭秘纳米药物载体实时调控机制，成果登Nature 子刊

引言

在纳米药物递送系统研发中，脂质囊泡的光控释药性能直接决定靶向治疗效果。然而，传统技术难以在生理液相环境中实现单颗粒、无标记、高时空分辨率观测，导致光控载体形变机制与药物释放协同过程长期处于“黑箱”状态。这一瓶颈严重阻碍了精准药物递送系统的优化进程。

近日，纳米药物研究领域迎来一项重要突破，德国慕尼黑大学（LMU）物理系的 A. Tittl、T. Lohmüller、F. Keilmann 研究团队依托neaSCOPE纳米光谱与成像系统的s-SNOM-Nano-FTIR 开发的瞬态红外纳米成像技术，突破性的在水性环境中实现对单个脂质囊泡（最小尺寸 176 nm）光异构化动态的无标记、非破坏性观测，其 20 nm 的超高空间分辨率与 30 ms 的超快时间分辨率，成功打破传统技术瓶颈，为解析纳米药物载体动态机制提供了革命性工具。该成果以“Transient infrared nanoscopy resolves the millisecond photoswitching dynamics of single lipid vesicles in water”为题发表于《Nature Communications》上。

核心优势：攻克液相观测技术难题

此次研究的关键突破源于 neaSCOPE的s-SNOM-Nano-FTIR技术，针对液相环境观测设计的四大核心配置，准确解决了传统技术在生理环境下研究软物质的痛点：

• 微流控液池，配备约10-20 nm厚度的薄膜光学窗口；

• 可在液体环境中实现原位的近场纳米光谱和成像测量（支持s-SNOM&nano-FTIR；

• 定制泵系统，含2个储液罐及配套组件，配备高精度流量控制单元，实现精准压力调控；

• 支持气体接入，如氮气等保护气体供应。

研究核心发现：单囊泡水平揭示光控动力学机制

依托 neaSCOPE的s-SNOM-Nano-FTIR的技术优势，研究团队采用特殊的超薄SiN膜液腔技术，突破水环境观测限制（图1a），在单脂质囊泡光控行为研究中取得三大关键发现，首次揭开偶氮苯类光开关脂质（azo-PC）动态机制的 “黑箱”：

• 20 nm超高空间分辨：穿透液膜精准捕捉囊泡形变（图1e）；

• 30 ms瞬态追踪：采样速度比传统AFM快100倍；

• 化学指纹无损识别：nano-FTIR光谱区分trans/cis异构态（图1f）。

这一技术突破使得在水环境（如生理溶液或细胞培养液）中直接观测软物质系统成为可能，并支持多模态联用，包括Nano-FTIR光谱分析、瞬态追踪和化学成像。

图1. s-SNOM水环境单囊泡研究纳米红外光谱/化学成分表征

• 光控形变可视化

如下图2所示，通过1603 cm-1波长动态成像，该团队首次捕捉到光诱导囊泡面积扩张10 %（trans→cis态）。形变圆度分析揭示膜圆度变化规律（图2d），为药物释放通道设计提供直接依据。

图2. 可逆光控形变成像

• 毫秒级协同动力学

固定探针于单囊泡中心，以500 ms采样速度追踪8次光切换循环（图3b, e），成功解析了协同动力学特征：

• 延迟突变效应：发现trans→cis转换存在10-15秒滞后期；

• 协同切换特征：捕获到具有τ=0.7-3.9 s的S形响应曲线（图3b红色拟合线）。

• 证明脂质分子在膜环境中存在位阻-协同转换机制，为可控释药时序设计提供关键参数。

图3. 毫秒级动力学追踪

应用价值

该研究成果对纳米药物研发具有重大意义，有潜力助力药物研发瓶颈突破：

• 载体优化：量化形变-释药关联性，加速光控脂质纳米粒子设计；

• 稳定性预测：通过膜圆度变化评估药物或分子制剂的体内行为；

• 工艺调控：协同动力学参数指导脉冲释药系统开发。

neaSCOPE技术引领液相纳米观测新方向

此次德国慕尼黑大学团队的研究成果，再次印证了neaSCOPE纳米光谱与成像系统的s-SNOM-Nano-FTIR在液相软物质高分辨成像领域的的核心价值，其20 nm空间分辨率、30 ms瞬态追踪、无标记化学识别能力，以及微流控液池、气体保护等定制化配置，共同构建了 “原位、动态、精准” 的液相纳米观测体系。未来，随着该技术在纳米医药、生物材料等领域的进一步应用，有望持续解锁更多微观动态机制，实现高效&精确的靶向药物递送。

参考文献：

[1]. Gölz, T., Baù, E., Zhang, J. et al. Transient infrared nanoscopy resolves the millisecond photoswitching dynamics of single lipid vesicles in water. Nat Commun 16, 6033 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61341-9