纳米尺度物质一旦进入生命体系，将面临复杂的多重生物屏障和生理结构，与不同细胞、组织、生物流体微环境等复杂纳米-生物界面的互作方式是决定其被递送到目标部位的核心步骤。在纳米生物效应研究领域，缺乏跨尺度的可高灵敏、原位表征解析组织、单细胞乃至单分子水平的纳米材料在生命体内的代谢与化学形态的技术与方法是制约其发展的关键瓶颈问题。
针对研究挑战，中科院国家纳米科学中心陈春英研究员团队以二硫化钼MoS2纳米材料作为模型体系，通过研究其与重要生物系统（纳米-蛋白质，纳米-血液，纳米-肝脏和纳米-脾脏）的相互作用，该团队系统地阐明了纳米蛋白冠介导的纳米材料“体内转运-生物转化-生物利用”这一“体内命运的全过程”（图1a）。
图1（a）纳米蛋白冠介导的纳米材料体内“转运-生物转化-生物利用”全过程。（b）同步辐射软X射线成像显示MoS2在血液单个核细胞、中性粒细胞和血小板的空间分布。
研究过程中，课题组与国家同步辐射实验室软X射线成像线站合作，利用同步辐射软X射线成像技术对原代血液细胞开展高衬度、高空间分辨的准自然状态三维成像（图1b）。研究中采用冷冻成像，显著减少X射线对细胞样品的辐射损伤，获得MoS2的空间分布信息，通过计算分析线性吸收系数确定该纳米材料分布在血液单个核细胞、中性粒细胞和血小板的内部，成功实现了单细胞水平的纳米材料空间定位分析。该研究为深入理解纳米-生物界面如何调控纳米材料在体内复杂的化学生物学效应和机制提供了新认识；同时为阐明纳米材料的体内命运提供了普适性的多学科集成方法。这些技术方法为纳米生物效应与纳米医学研究提供了关键、前沿的分析手段，将大力推动纳米生物医学的发展。相关研究成果以“Molybdenum derived from nanomaterials incorporates into molybdenum enzymes and affects their activities in vivo”为题，近期发表在国际著名学术期刊Nature Nanotechnology (2021)上 (DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-021-00856-w)。
