纳米材料如碳纳米管，在医疗上有着广泛的应用前景，比如作为递送工具，将药物运载到特定的细胞或人体内特定部位。但如果不了解纳米材料和细胞之间的相互作用，反而会带来大麻烦。美国物理学家组织网9月19日（北京时间）报道，美国布朗大学和中国科学院最近的一项实验发现，纳米管有可能会刺穿细胞，给细胞带来极大伤害。相关论文发表在近期出版的《自然—纳米技术》上。
人们知道石棉对人体有害，其长长的纤维能像箭一样刺穿细胞。但科学家一直不理解，细胞为何会对石棉纤维和其他纳米级的材料感兴趣，这些材料对细胞来说太长了，根本无法整个吞下去。美国布朗大学研究小组通过分子模拟发现，碳纳米管尖端接近细胞时，细胞会产生“误会”，以为它只是个小圆球而不知其是个圆柱，等意识到小球“太长”，根本吞不下时，已经为时太晚。随后科研人员又用纳米管、金纳米线对小鼠肝脏细胞、人类间皮细胞进行细胞实验，发现90%的纳米材料都是以尖端90度角进入细胞。
石棉纤维、商用碳纳米管和金纳米线都有一个圆形的尖头，直径在10纳米到100纳米之间，正处于细胞处理范围。细胞上有一种受体蛋白质会聚集并弯曲细胞膜壁，使细胞卷曲包住纳米管尖端，反向调整纳米管角度，使纳米管尖端能以90度进入，从而降低细胞吞噬微粒所需的能量。这一行为叫做“尖端识别”。
“我们原以为纳米管会贴附细胞膜以得到更多结合位点，但模拟却显示，纳米管稳定地旋转到近垂直角度以适于进入，以便其尖端被完全包围。这和人们的直觉相反。”论文第一作者史兴华（音译）说，细胞膜包住纳米管时，会释放弯曲能量。“如果纳米管的圆形尖端被切掉，开口而且中空，它就只会贴在细胞膜上而不会进入细胞。”
论文通讯作者、布朗大学工程教授高华健（音译）说，当细胞的内吞作用开始，就没办法再退回去。细胞觉得无法整个吞下纳米管，就会求救。但求救信号反而会引发免疫反应，造成更多炎症反应。
高华健说：“只有完全理解纳米材料和细胞之间的相互作用，才能设计出可靠的运输工具，控制它们和细胞之间的相互作用，不引起中毒反应，最终制造出对细胞没有吸引力的纳米管，只帮助细胞而不会伤害它们。”
生物探索推荐英文论文摘要：
Cell entry of one-dimensional nanomaterials occurs by tip recognition and rotation
Materials with high aspect ratio, such as carbon nanotubes and asbestos fibres, have been shown to cause length-dependent toxicity in certain cells because these long materials prevent complete ingestion and this frustrates the cell. Biophysical models have been proposed to explain how spheres and elliptical nanostructures enter cells but one-dimensional nanomaterials have not been examined. Here, we show experimentally and theoretically that cylindrical one-dimensional nanomaterials such as carbon nanotubes enter cells through the tip first. For nanotubes with end caps or carbon shells at their tips, uptake involves tip recognition through receptor binding, rotation that is driven by asymmetric elastic strain at the tube–bilayer interface, and near-vertical entry. The precise angle of entry is governed by the relative timescales for tube rotation and receptor diffusion. Nanotubes without caps or shells on their tips show a different mode of membrane interaction, posing an interesting question as to whether modifying the tips of tubes may help avoid frustrated uptake by cells.
