近日，华南理工大学殷盼超课题组最新研究成果以题为“The Coupling of Rotational and Translational Dynamics for RapidDiffusion of Nanorods in Macromolecular Networks”的文章发表在Nature Communications上。其中华南理工大学博士生薛炳辉为第一作者，殷盼超教授为通讯作者，华南理工大学为通讯单位。

近20年来，研究人员发现棒状纳米粒子（如棒状病毒、棒状纳米载药载体）在生物组织网络中表现出快速的扩散，这一现象多被认为是旋转动力学促进的结果。然而受限于微观研究手段，关于旋转与平动扩散之间关联性的实验研究进展缓慢。

该研究团队使用四臂聚乙二醇水凝胶以及金纳米粒子作为模型体系，采用去偏振动态光散射，定量研究了金纳米棒在大分子凝胶受限环境中的转动模式，证明了转动重新取向诱导平动扩散这一转动-平动扩散耦合的动力学过程的存在。同时得到了这一特征动力学过程的指纹特征：动力学相关方程中指数衰减以0.25为拉伸指数。

图1 金纳米棒的多种转动过程，转动-平动扩散耦合的特征动力学过程及其示意图。

该研究团队进一步研究了棒长度、凝胶网络网格尺寸对这一过程的影响，并将实验体系拓展到烟草花叶病毒这一生物大分子体系。实验发现在凝胶-金纳米粒子模型体系中建立的动力学关系同样适用于生物大分子系统，验证该动力学机制的可靠性以及可推广性。

该工作通过实验出发，结合建立的理论模型，详细解释了转动过程影响棒平动扩散的机理，所得到的转动重新取向诱导平动扩散的转动-平动耦合机理可以很好的拓展到生物大分子系统，解答了长久以来该领域关于受限状态下棒状粒子转动过程与平动扩散动力学相关性的疑问。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50859-z