Koper is een zeer reactieve metaal die in de biologische wereld essentieel is in sommige enzymfuncties 1,2, maar in hogere concentraties krachtig toxisch is, ook in de nanopartikelvorm 3,4. De bezorgdheid over kopertoxiciteit is relevanter geworden naarmate CNP's en andere op koper gebaseerde nanomaterialen worden gebruikt, vanwege de verhoogde oppervlakte/massa voor nanostructuren. Zodoende kan zelfs een kleine massa koper, in nanopartikelvorm, lokale toxiciteit veroorzaken vanwege zijn vermogen om de cel te penetreren en te worden afgebroken in reactieve vormen. Sommige biologische soorten kunnen complexen vormen met en metaalionen cheleren, en ze zelfs in biologische structuren opnemen, zoals beschreven is bij zeeschelpen 5. Bij het bestuderen van de potentiële toxische effecten van nanomaterialen 4, werd ontdekt dat na verloop van tijd, en onder biologische omstandigheden die worden gebruikt voor typische celkweek (37 °C en 5% CO2), stabiele koper biocomposites konden worden gevormd met een hoge aspectverhouding (lineaire) structuur.
Door middel van eliminatie werd de eerste ontdekking van deze lineaire biocomposites, die plaatsvond in volledige celkweek media, vereenvoudigd tot een gedefinieerd protocol van essentiële elementen die nodig zijn voor de biocomposites om zichzelf te assembleren. Zelf-assemblage van twee typen zeer lineaire biocomposites werd ontdekt om mogelijk te zijn met twee startmetalen componenten: 1) CNP's en 2) kopersulfaat, met cystine als gemeenschappelijke biologische component. Hoewel complexer, zogenaamde “urchin” en “nanoflower” type koper-bevattende structuren met nanoschaal en microschaal kenmerken zijn eerder gemeld, deze werden geproduceerd onder niet-biologische omstandigheden, zoals temperaturen van 100 °C of hoger 6-8. Voor zover ons bekend is, is de synthese van individuele, lineaire koper-bevattende nanostructuren die schaalbaar zijn in vloeibare fase onder biologische omstandigheden niet eerder beschreven.
Een van de startmaterialen die wordt gebruikt voor de synthese van nanocomposites, namelijk CNP's, is eerder gemeld om zeer toxisch te zijn voor cellen 4. Het is onlangs gerapporteerd dat nadat de nanocomposites zijn gevormd, deze structuren minder toxisch zijn op basis van massa dan de start-NP's 9. Dus, de hier beschreven synthese kan zijn afgeleid van een biologische en biochemische reactie die nut heeft in het stabiliseren van reactieve kopersoorten, zowel in de zin van het transformeren van de NP-vorm in grotere structuren als in het produceren van composieten die minder toxisch zijn voor cellen.
In tegenstelling tot veel andere nanomateriaalvorms die bekend zijn om te aggregaten of klonteren bij interactie met biologische vloeibare media 10,11, vermijden de hier beschreven hooglineaire composieten, eenmaal gevormd, aggregatie, mogelijk vanwege een herverdeling van lading die eerder is gerapporteerd 9. Zoals gedetailleerd in het huidige werk, is deze vermijding van aggregatie handig voor de doeleinden van werken met de structuren eenmaal gevormd, om ten minste 3 redenen: 1) gevormde composietstructuren kunnen worden geconcentreerd met behulp van centrifugatie en vervolgens gemakkelijk opnieuw worden verspreid met behulp van vortex-menging; 2) gevormde structuren kunnen in gemiddelde grootte worden verminderd door sonicatie gedurende verschillende perioden van tijd; en 3) de gevormde lineaire structuren kunnen een extra hulpmiddel bieden voor het vermijden van het recent beschreven “koffie ring effect” 12 en dus een dopant bieden voor het creëren van meer gelijkmatig verdeelde coatings van materialen, vooral die welke sferische deeltjes bevatten.