位于汉堡附近Schenefeld的世界上最大的X射线激光欧洲XFEL的一个国际团队仔细研究了一种重要的纳米凝胶的特性，这种纳米凝胶通常用于医学，以有针对性和受控的方式在患者体内的所需位置释放药物。该团队现已在《科学进展》杂志上发表了研究结果。

研究人员在汉堡附近谢内费尔德的欧洲XFEL中研究了温度引起的聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)的膨胀和塌陷。由于其动态变化，PNIPAm经常用于医学，例如药物输送、组织工程或传感学。

PNIPAm通常溶解在水中。高于一定温度，即所谓的下临界溶液温度(LCST)，即32°C左右，它会从亲水、喜水状态转变为疏水、拒水状态。因此，正如Lehmkühler及其同事所研究的那样，纳米凝胶颗粒在高于该温度时会通过排出水而迅速改变其尺寸。

此功能可用于多种应用，包括患者体内药物的受控释放、作为蛋白质和组织工程的模型系统、用于医疗应用的有机组织的培养或作为生物相容性温度传感器。

然而，到目前为止，通过实验观察这些快速相变非常困难，因此很难针对不同的应用对其进行优化。因此，精确表征PNIPAm聚合物随温度变化的动力学仍然是一个活跃的研究课题。

现在，来自欧洲XFEL的快速X射线脉冲序列使研究人员能够使用X射线光子相关光谱(XPCS)技术来研究PNIPAm纳米凝胶中随温度变化的快速变化。

“由于欧洲XFEL的高重复率，我们可以以足够高的时间分辨率执行这些测量，以跟踪纳米凝胶的结构和运动，”材料成像和动力学(MID)仪器的仪器科学家JohannesMöller说道。欧洲XFEL。研究人员研究了约100纳米大小的颗粒。X射线脉冲既用于加热纳米颗粒，又通过其动力学(即它们在周围水中的运动)测量其结构变化。

“借助欧洲XFEL获得的数据，我们现在能够更好地了解聚合物的膨胀和塌陷，”该团队的领导者之一FelixLehmkühler说道。

“与之前的研究相比，这些研究仅限于间接测量膨胀或塌陷的动力学，我们发现纳米凝胶在100纳秒范围内收缩速度明显更快，但膨胀需要两到三个数量级的时间，”解释道莱姆库勒。研究结果可以帮助研究人员进一步了解和改进聚合物在不同应用中的特性，例如开发更有效的药物输送系统。

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