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Il rame è un metallo altamente reattivo che nel mondo biologico è essenziale in alcune funzioni enzimatiche 1,2, ma in concentrazioni più elevate è potentemente tossico anche nella forma nanoparticellare 3,4. La preoccupazione per la tossicità del rame è diventata più rilevante con l'utilizzo di CNP e altri nanomateriali a base di rame, a causa dell'aumento della superficie/massa per le nanostrutture. Pertanto, anche una piccola massa di rame, in forma di nanoparticelle, potrebbe causare tossicità locale a causa della sua capacità di penetrare nella cellula ed essere scomposta in forme reattive. Alcune specie biologiche possono complessarsi e chelare ioni metallici e persino incorporarli in strutture biologiche, come è stato descritto nelle cozze marine 5. Studiando i potenziali effetti tossici dei nanomateriali 4, si è scoperto che nel tempo, e nelle condizioni biologiche utilizzate per la tipica coltura cellulare (37 °C e 5% di CO2), si potrebbero formare biocompositi stabili di rame con una struttura lineare ad alto rapporto d'aspetto.
Con un processo di eliminazione, la scoperta iniziale di questi biocompositi lineari, che si è verificata in terreni di coltura cellulare completi, è stata semplificata in un protocollo definito di elementi essenziali necessari per l'autoassemblaggio dei biocompositi. Si è scoperto che l'autoassemblaggio di due tipi di biocompositi altamente lineari è possibile con due componenti metallici di partenza: 1) CNP e 2) solfato di rame, con il componente biologico comune che è la cistina. Sebbene siano state precedentemente riportate strutture contenenti rame di tipo più complesso, le cosiddette "ricci" e "nanofiori" con caratteristiche su scala nanometrica e microscala, queste sono state prodotte in condizioni non biologiche, come temperature di 100 °C o superiori a 6-8. Per quanto ne sappiamo, la sintesi di singole nanostrutture lineari contenenti rame scalabili in fase liquida in condizioni biologiche non è stata precedentemente descritta.
Uno dei materiali di partenza utilizzati per la sintesi di nanocompositi, vale a dire i CNP, è stato precedentemente segnalato per essere molto tossico per le cellule 4. È stato recentemente riportato che dopo la formazione dei nanocompositi, queste strutture sono meno tossiche su base per massa rispetto alle NP di partenza 9. Pertanto, la sintesi qui descritta può essere derivata da una reazione biologica e biochimica che ha utilità nello stabilizzare le specie reattive del rame, sia nel senso di trasformare la forma NP in strutture più grandi sia nella produzione di composti meno tossici per le cellule.
A differenza di molte altre forme di nanomateriali che sono note per aggregarsi o aggregarsi in seguito all'interazione con mezzi liquidi biologici 10,11, una volta formati, i compositi altamente lineari qui descritti evitano l'aggregazione, probabilmente a causa di una ridistribuzione della carica che è stata precedentemente riportata 9. Come dettagliato nel presente lavoro, questa elusione dell'aggregazione è conveniente ai fini del lavoro con le strutture una volta formate per almeno 3 motivi: 1) le strutture composite una volta formate possono essere concentrate utilizzando la centrifugazione e quindi facilmente disperse di nuovo utilizzando la miscelazione a vortice; 2) le strutture formate possono essere ridotte di dimensioni medie mediante sonicazione per diversi periodi di tempo; e 3) le strutture lineari formate possono fornire uno strumento aggiuntivo per evitare l'"effetto anello di caffè" recentemente descritto 12 e quindi fornire un drogante per la creazione di rivestimenti di materiali distribuiti in modo più uniforme, in particolare quelli contenenti particelle sferiche.