分子筛的作用

碳分子筛用途
碳分子筛是一种纳米材料，由许多微小的孔道组成。

这些孔道大小只有几纳米，比一根头发的直径还小。

这种材料具有一个非常特殊的性质，就是只能让某些分子通过，而其他分子却不能通过。

由于这种筛子可以选择性地分离和过滤分子，因此在许多不同领域中得到了广泛应用。

以下是一些碳分子筛的应用领域：
1. 气体分离：碳分子筛可以用来分离不同大小的气体分子，因此可以用于气体分离和净化。

它们常常被用于工业领域，如煤气净化、空气分离和氢气分离。

2. 污水处理：碳分子筛可以用来去除水中的污染物。

它们可以过滤微小的颗粒和有机物，从而净化水源。

这种技术已经被广泛应用于污水处理厂和饮用水净化设备中。

3. 医疗领域：碳分子筛也可以用于医疗领域。

例如，它可以用于制造人工肝脏。

这种人工肝脏可以过滤人体内的有毒物质，从而帮助患者恢复健康。

4. 催化剂载体：碳分子筛还可以作为催化剂的载体，用于催化化学反应。

这种筛子的孔道可以容纳许多催化剂，从而增加反应速率和效率。

总的来说，碳分子筛在工业、环保、医疗和化学领域都有广泛应用。

随着技术的不断发展，它也将在更多领域中发挥作用。

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Vol．32高等学校化学学报No．3 2011年3月CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES485 493［综合评述］分子筛在医学领域的应用及作用机制陈炳鹏1，王卓鹏2，柳菁菁3，王金成1，于吉红2（1．吉林大学中日联谊医院骨科，长春130033；2．吉林大学化学学院，无机合成与制备化学国家重点实验室，长春130012；3．吉林省肿瘤医院内科，长春130021）摘要分子筛具有特殊的多孔结构、优异的生物活性、生物稳定性及生物相容性．大量的临床应用研究表明，分子筛可用作抗肿瘤治疗的佐剂、抗微生物治疗及药物的载体、快速凝血剂和防止血栓制剂等，在医学领域有着广泛的应用前景．本文详细介绍了分子筛在医学领域应用的进展及作用的相关机制．关键词分子筛；抗肿瘤治疗；抗微生物治疗；药物载体；快速凝血；抗血栓中图分类号O613文献标识码A文章编号0251-0790（2011）03-0485-09分子筛（Molecular sieves）是一类天然存在或人工合成的具有规则微孔结构的硅酸盐或硅铝酸盐晶体材料，又称为沸石（Zeolites）［1］．其骨架的基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体，它们之间通过共用四面体顶点的氧原子相互连接构筑成具有规则孔道的三维结构．沸石分子筛的孔道大小、形状和硅铝比决定了其具有尺寸和形状选择性以及离子交换性等，其中硅铝比还决定了沸石的化学和热稳定性以及局部的极性［2］．以沸石分子筛ZSM-5为例（图1为它的结构示意图），它具有二维十元环交叉孔道，其中一个方向孔道为直孔道，孔径为0.53nmˑ0.56nm，另一个方向为“之”字形孔道，孔径为0.51nmˑ0.55nm．特定的孔道直径和孔道形状使其具有良好的尺寸和形状选择性，铝氧四面体和硅氧四面体的连接使骨架带有负电荷，从而具有离子交换中心或酸中心．Fig．1Porous sheet parallel to the（100）plane in ZSM-5（A）and the channel structure in ZSM-5（B）［2］沸石分子筛的合成始于20世纪40年代，经过几十年的快速发展，沸石分子筛已作为重要的吸附剂、分离剂、离子交换剂和催化剂等材料广泛应用于石油化工、精细化工和日用化工等方面．1992年，美国Mobil公司合成了新一代介孔分子筛（孔径2 50nm）M41S系列材料（MCM-41，MCM-48等）［3］．与微孔分子筛相比，介孔分子筛的孔径可以在比较大的范围内调变，因而在主客体组装方面发挥了重要的作用［4，5］．收稿日期：2010-10-13．基金项目：国家“九七三”计划项目（批准号：2007CB936402）和卫生部部署（管）医院临床学科重点项目（批准号：2007353）资助．联系人简介：王金成，男，博士，教授，博士生导师，主要从事人工关节和组织工程等方面的研究．E-mail：jinchengwang@hotmail．com于吉红，女，博士，教授，博士生导师，主要从事无机微孔晶体材料的合成化学与分子工程学研究．E-mail：jihong@jlu．edu．cn研究表明，沸石分子筛具有生物活性（阳性或阴性）、生物稳定性以及良好的生物相容性，因而其在医学上的应用引起了人们极大的兴趣［6，7］．例如，沸石分子筛作为止泻药具有比较肯定的作用效果，动物实验证实沸石可以降低肠道疾病引起的腹泻的发生率和死亡率．沸石还具有抗细菌、抗病毒、抗真菌的作用．沸石分子筛可以诱导多种基因表达的改变，能够激活MAPK 、PKC 、SAPK 、转录因子AP-1和NF κB 、促炎细胞因子IL-1、IL-6和TNF-α．斜发沸石（Clinoptilolite ）具有抗氧化及免疫刺激的作用，可作为抗肿瘤治疗的佐剂；斜发沸石还有吸附葡萄糖的作用，因此可以用来治疗糖尿病．沸石可以可逆性地携带小分子，如药物、氧气、一氧化氮等；还具有解毒、止血、防血栓等作用．本文将对分子筛在抗肿瘤、抗微生物、药物缓释/控释等方面的应用及作用机制作一综合的评述．1抗肿瘤治疗近年来，有多篇关于天然斜发沸石在免疫刺激和抗肿瘤方面的报道．斜发沸石可以作为抗肿瘤治疗的佐剂．Pavelic 等［8］报道，在患有不同类型肿瘤的小白鼠和狗的食物中添加斜发沸石粉末后发现，食用这种斜发沸石饲料的实验动物相比对照组，总体健康状态提高，生存期延长，肿瘤的体积显著减小．在狗的皮肤癌局部使用斜发沸石粉末作用更加明显，肿瘤的形成和生长被明显抑制．对小白鼠和兔子使用斜发沸石后进行毒性研究，未发现任何毒副作用．体外组织培养研究表明，斜发沸石粉末能够抑制蛋白激酶B /Akt ，诱导肿瘤抑制蛋白p21WAF1/CIP1和p27KIP1的表达，并且阻断多种肿瘤细胞的生长．实验中还发现，分子筛作用过的细胞，可以分离出大量小的DNA 片段，表明分子筛可能诱导肿瘤细胞的凋亡．这些结果表明天然斜发沸石可能是通过衰减肿瘤生长信号以及诱导肿瘤抑制基因而达到抗肿瘤的作用．Fig．2Schematic presentation of signal transduc-tion cascades modified by antioxidant The reduced form of PKA translocates to the mem-brane where it phosphorylates transcription factor C /EBP β．C /EBP βthen translocates to the nucleuswhere it induces the transcription of p21WAF1/CIP1．Induction of p21WAF1/CIP1results in inhibition ofCDK-2and growth arrest of cells in G1phase．Zeo-lites interfere with the binding of growth factors withreceptors and activation of protein kinase B （PKB ）．This results in the induction of tumor suppressorp27KIP1［13］．Pavelic 等［9］通过胃管给注射了黑色素瘤细胞的小鼠注入斜发沸石微粒后，黑色素瘤细胞向远处转移的数量明显减少．腹膜内使用斜发沸石微粒后，腹膜巨噬细胞的数量增加，由其产生的超氧负离子也同样增加．同时还发现p65基因（NF κB 亚单元）和脾细胞核发生易位．该研究小组［10］还联合斜发沸石微粒和化疗药物多柔比星治疗肿瘤，发现联合使用斜发沸石微粒可以降低肿瘤细胞的代谢率，明显减少肿瘤肺转移的机率，提高了化疗药物的治疗效果．机械摩擦活化的沸石能够减轻恶性肿瘤患者的氧化应激反应．氧化应激反应的降低与总体健康状态的提高有明确的联系．Ivkovic 等［11，12］研究发现，作为食物添加剂口服活化的沸石28d 就可以降低癌症患者血浆中的自由基水平，减轻高氧化状态．体外实验发现，活化的沸石同样可以抑制蛋白激酶B （c-Akt ），诱导肿瘤抑制蛋白p21WAF1/CIP1和p27KIP1的表达，诱导肿瘤细胞凋亡，改善实验动物总体健康状态，延长生存期，减小肿瘤体积．分子筛作为抗氧化剂，与肿瘤细胞信号转导途径中的蛋白激酶结合并且调节蛋白激酶的活性，通过多个步骤诱导肿瘤抑制基因p27KIP1的表达，进而抑制肿瘤细胞的生长并导致细胞溶解（图2）［13］．沸石分子筛吸附血清或肠道中的生物活性物质，是其发挥作用的重要机制．Katic 等［14］通过观察斜发沸石对细胞培养基的作用，研究了斜发沸石如何影响肿瘤细胞的生长．他们认为沸石可能是通过离子交换或吸附的方式减少培养基血清中的生长因子和钙离子，使PKB /Akt ，ERK1/2和NF κB 活性下降，进而抑制肿瘤细胞的生长．鼠和牛在食用分684高等学校化学学报Vol．32子筛食物添加剂后，可观察到其血清离子成分的改变．Katic 等［14］的研究证实了分子筛通过影响血清、细胞外液体及胃肠道的液体发挥作用，通过间接地影响细胞培养基起到抗肿瘤细胞的作用．这种抑制作用与细胞来源（人或鼠）和细胞类型（纤维肉瘤、癌或正常细胞）无关，只与细胞的增殖速度有关，增殖越快的细胞抑制作用越明显．分子筛作为螯合剂能够清除机体内的重金属和毒素，使得机体的免疫系统更能集中作用于肿瘤细胞［15］．不可否认，各种毒素影响着人类的健康水平，由于食物、水和空气中有上千种毒素，超过30%的死亡人数源于肿瘤．分子筛具有分子尺度上规则的多孔结构，能够吸附、移除重金属和各种有机化学物质如汞、镉、铅、二恶英、苯、乙烯、丙烯等．分子筛的免疫刺激作用在抗肿瘤转移中起到重要作用．Ueki 等［16］指出，二氧化硅、硅酸盐、硅铝酸盐类似于超级抗原（Superantigen ），可以引起非特异性免疫刺激．超级抗原可以通过免疫刺激，激活大量的T 淋巴细胞（5% 20%）及促炎症巨噬细胞．硅酸盐微粒与肿瘤细胞的直接接触可以引起细胞基因表达的改变，还可以引起活化分裂素蛋白激酶（MAPK ）、蛋白激酶C 、应激活化蛋白激酶的激活．干扰素γ、白介素6、白介素1α和肿瘤坏死因子α（TNF-α）也明显增加，因而沸石分子筛能够在抗肿瘤和抗感染方面发挥作用．虽然分子筛治疗肿瘤的机制尚未完全阐明，但是目前的体外及体内实验结果却是令人振奋的，分子筛抗肿瘤治疗将有一个广阔的前景．2抗微生物治疗2．1抗菌治疗随着患者住院时间的延长，发生院内感染的几率也大大增加，医疗器械及人工装置引起的感染构成了院内感染的主要部分．细菌感染的发生进一步延长了住院及用药时间，不仅增加了医疗保健的经济负担，而且加大了患者死亡的风险［17，18］．防治细菌感染的传统方法是使用抗生素，但是抗生素固有的毒副作用加大了用药的风险．在靶细菌不明的情况下，单一的抗菌素很难达到理想的杀菌效果．日益严重的细菌耐药性问题，特别是多重耐药菌株，如耐甲氧西林金葡菌（MRSA ）和梭状芽胞杆菌限制了抗生素的使用．Arciola 等［19］研究了临床耐药的表皮葡萄球菌对16种常用抗菌素的耐药情况，结果表明，大约有80%的细菌对至少一种抗菌素产生耐受性．此外，当全身应用抗菌素时，到达靶部位的抗菌素浓度有限，很难达到预期的治疗效果．为了解决传统抗生素的局限性，以分子筛为载体的无机抗感染材料引起了人们广泛的兴趣［20，21］．2．1．1负载金属离子的抗菌分子筛金属抗感染材料因具有广谱的抗感染性、无耐药性以及抗病毒性等特点而日益受到关注．常见的金属抗菌材料的抗感染活性按照如下顺序递减：Ag ＞Hg ＞Cu ＞Cd ＞Cr ＞Ni ＞Pb ＞Co ＞Zn ＞Fe ，其中Hg ，Cd ，Pb ，Cr 的毒性较其它金属离子大，因此主要的金属抗菌剂为Ag ，Cu 和Zn ，其中又以银的抗感染效果最为显著，毒性也最小［22］．含银分子筛（Ag-Z ）抗菌剂以其抗菌谱广、抗菌时间长、高温稳定性、低挥发性等优点获得了最多的关注．含银分子筛的抗菌效果优于金属银，因为银离子的活性要优于金属银．添加含银分子筛的塑料导尿管可以有效地抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及绿脓杆菌的繁殖，感染率可下降27% 73%［23］．含银分子筛可将周围环境中存在的细菌杀灭而不引起毒性反应．Rivera-Garza 等［24］研究了银含量不同的分子筛对水中大肠杆菌、粪链球菌的抗菌作用，结果表明，含银量最大的分子筛在接触细菌2h 后，细菌的数量明显减少．近年来，随着口腔医学的不断发展，添加含银分子筛的新型丙烯酸树脂、口腔清洗剂、组织调整剂相继研发出来，并已被证实具有抗菌作用．Matsuura 等［25］在研究中发现，添加含银分子筛的组织调整剂在28d 内对白色念珠菌、铜绿假单胞菌及金黄色葡萄球菌有持续的抑制作用，并在应用含银分子筛口腔清洗剂5d 后，11例患者中有10例患者斑块评分减少．含银分子筛已广泛地应用于口腔医学领域，可抑制多种口腔细菌的繁殖［26 28］．de la Rosa-Gomez 等［29］利用含银分子筛作为污水的消毒剂，发现当Ag +浓度达到0.6μg /mL 时可杀灭水中的所有微生物，并且污水中NH +4的存在可以增强含银分子筛的抗菌活性，Cl －则起到减弱的784No．3陈炳鹏等：分子筛在医学领域的应用及作用机制884高等学校化学学报Vol．32作用．Kawahara等［30］研究了在无氧条件下含银分子筛对口腔细菌的抗菌效果，发现在无氧条件下含银分子筛依然对多种细菌的生长有明显的抑制作用，而且革兰阴性细菌相比于革兰阳性细菌对银离子更加敏感，可能是两种细菌的细胞壁不同所致．分子筛规则的孔道中存在的阳离子可与外界具有抗菌作用的金属离子进行交换．分子筛对银离子有较强的亲和力，并可通过静电力结合银离子，银离子交换后的分子筛，可再将银离子释放到周围的环境中（图3）．银离子可以干扰细菌DNA分子，使其丧失复制能力，还可与细菌蛋白的巯基结合，使蛋白失去活性，达到抗菌目的．分子筛释放的Ag+离子数量取决于周围环境中阳离子的浓度，分子筛在BH培养基（Brain heart infusion）中可释放大约75%的银离子，而在水中银离子不被释放．在体液含有Na+，Ca2+，K+等离子的环境下，含银分子筛通过离子交换，逐渐地释放Ag+离子，达到长期抗菌的作用［31］．除通过释放Ag+离子抗菌外，Inoue等［32］研究了含银分子筛对大肠杆菌在有氧及无氧条件下的抗菌性能，结果显示在释放银离子抗菌的同时，含银分子筛可激活溶解氧，产生如超氧阴离子、羟自由基、过氧化氢、单线态氧等活性氧，加强抗菌效果．相关研究还显示，Y型沸石主要通过产生活性氧来达到抗菌目的，而A型沸石主要通过释放银离子来达到抗菌目的．Inoue等［33］观察了光照对含银分子筛抗菌作用的影响，发现光照可以使含银分子筛分解氧分子，形成活性氧，从而达到抗菌目的．这项研究表明可以通过光照来控制含银分子筛的抗菌活性．Fig．3Structure models of Na+-containing zeolite（A）and Ag+-exchanged zeolite（B）［31］2．1．2负载NO的抗菌分子筛在炎症反应过程中通过NO合酶（iNOS）的介导可以产生高浓度的NO，高浓度的NO又可以促进炎症反应以及杀死微生物［34 36］．关于NO作为抗菌剂的研究，证明了NO对真菌、细菌、病毒及寄生虫都有细胞溶解作用［37，38］．但是NO作用靶点广泛，且高浓度的NO对宿主组织有细胞毒性作用，因此限制了NO的全身使用．Fox等［39］设计了负载NO的Zn2+-分子筛（NO-Zn2+-Z）．Zn2+-分子筛具有巨大的比表面积，对NO有较高的亲和力，可以吸附大量的NO，并且在接触液体环境时可以释放吸附的NO维持较高浓度达1h［40］．他们分别比较了Zn2+-Z和NO-Zn2+-Z对常见病菌绿脓杆菌、甲氧西林敏感性金葡菌、耐甲氧西林金葡菌（MRSA）和艰难梭状芽孢杆菌的抗菌性．结果显示：（1）NO-Zn2+-Z对所有细菌都有杀菌作用，且杀菌速度快，30min就可以看到明显效果，但是NO需要维持在一个较高的浓度；（2）Zn2+-Z对革兰阳性细菌具有明显的抑制作用，对革兰阴性细菌无作用．因为革兰阳性和革兰阴性细菌的细胞膜不同，可能是Zn2+通过作用于革兰阳性细菌细胞膜抑制其增殖［41］．（3）NO-Zn2+-Z在快速杀菌之后还有持久的抑菌作用，可能是初期的NO的快速释放起到了杀菌作用，之后Zn2+的缓慢释放起到了抑菌的作用．NO的释放速度可以通过改变分子筛中金属离子种类或分子筛的结构进行调控．Mowbray等［41］设计了NO-Mn2+-分子筛作为局部抗菌剂治疗皮肤感染，结果表明，从分子筛中释放的高浓度NO与炎症反应过程中在iNOS介导下产生的NO相当，说明这种材料具有明确的抗菌作用．NO-Zn2+-Z粉末可以用于表面消毒，初期NO的快速释放能够杀灭表面病菌，当NO释放耗竭时，Zn2+的持续释放可以继续起到抑菌的作用．NO-Zn2+-Z可以涂层于医疗器械及人工装置表面，释放的NO除了可以起到抗感染的作用外，还可用于防止血栓的形成及血管痉挛［42］．Hetrick等［43］研究发现，负载NO的抗菌分子筛能够抑制细菌生物膜的形成，而且能清除已经形成的生物膜．因此负载NO的抗菌分子筛不仅能预防感染，还能治疗感染．由于高浓度的NO对宿主组织有毒副作用，所以这种材料在临床使用之前必须经过严格的毒性检测．将具有抗菌作用的分子筛制成表面涂层或掺入聚合物薄膜中的研究，在20世纪中期就取得了进展．Rusin 等［44］报道含银或锌的分子筛涂层于不锈钢表面，具有明显的抗军团杆菌作用．含银的X 型分子筛涂层对绿脓杆菌和大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有抗菌效果．IRGAGUARD B 5000（Ag-Zn-Z ）可以掺合到多种聚合物薄膜中，通过释放金属离子抑制多种微生物，如细菌和真菌等．含抗菌剂的分子筛也可涂层于骨科植入材料．最近，我们通过水热合成法将分子筛涂层于钛合金表面，并通过离子交换技术将银离子载入分子筛，制成载银分子筛抗菌钛片，并检测该抗菌钛片对骨科常见菌（包括耐药金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌）的抗菌效果，结果显示，该种抗菌钛片对表面和周围环境中的两种细菌具有明显的抑制作用，同时细胞毒性测试表明材料具有良好的生物相容性［45］．由于细菌吸附在生物材料表面后，会分泌多糖基质、纤维蛋白及脂蛋白等多糖蛋白复合物，形成生物膜．生物膜结构坚实稳定，不易被破坏，能够对抗机体的免疫防御功能及抗生素的治疗作用，大大提高了细菌的存活能力．细菌生物膜的形成加大了细菌性感染的治疗难度．含银分子筛及负载NO 的分子筛涂层均可以抑制细菌的生长，阻止细菌生物膜的形成．但是抗细菌生物膜的银离子浓度要高出抗浮游细菌达10 100倍，不足量的银离子浓度只能杀死生物膜周围的细菌，无法达到生物膜的中心．因此足够浓度的含银分子筛可以抑制细菌生物膜的形成，从而有效减少体内医疗装置引起的感染［46 48］．2．2抗病毒治疗天然斜发沸石可用于抗病毒治疗．Grce 等［49］利用人类腺病毒5、单纯疱疹病毒Ⅰ型（HSV1）、人类肠道病毒（柯萨奇病毒B5和埃克病毒7）作抗病毒检测，沸石微粒浓度从0.5到50mg /mL 递增．当沸石微粒的浓度为0.5和5mg /mL 时，病毒几乎没有任何变化，当沸石浓度超过12mg /mL 时，病毒的增殖受到明显抑制，并且对单纯疱疹病毒Ⅰ型和人类肠道病毒的抑制作用要强于人类腺病毒5．结果显示沸石抗病毒为非特异性，与病毒的大小、性状、基因组以及沸石的离子交换性能无关，可能的解释是沸石可将病毒颗粒吸入其微孔内．因此天然斜发沸石可用于皮肤单纯疱疹病毒感染的局部治疗或口服治疗肠道病毒感染．Jung 等［50］观察沸石分子筛对感染猪Ⅱ型环状病毒（PVC2）的治疗作用，发现相比对照组，治疗组猪的鼻腔、血液、肺内的病毒数明显减少，组织损伤显著减轻．负载金属离子的沸石分子筛同样表现出了优异的抗病毒活性．Bright 等［51］研究了含银分子筛（Ag-Z ）或银铜复合分子筛（Ag-Cu-Z ）对人类冠状病毒229E 、猫感染腹膜炎病毒（FIPV ）、猫流感病毒F9的抗病毒作用，发现仅在1h 内就可以使各种病毒的数量明显减少．掺有负载金属离子的分子筛的塑料试管对人类冠状病毒229E 和猫流感病毒亦有显著的抑制作用．负载金属离子的分子筛对两种本质上不同的冠状病毒均有明显的抑制作用，预示着该种分子筛可能对多种相关病毒株（包括：SARS 冠状病毒、人类流感病毒等）亦有抗病毒作用［51］．因此负载金属离子的分子筛可以减少污染物的病毒性污染，从而防止病毒性疾病的传播．3作为药物的载体沸石分子筛具有均一的孔道结构、巨大的表面积和可调变的孔径大小，使其具有很强的吸附能力，能够可逆性吸附/释放各种不同的物质，因而适合作为药物的载体．不同的分子筛具有不同的孔道结构和形态特征，因此可以负载不同特征的药物分子．利用分子筛作为药物载体，可以提高药物的溶解度及稳定性，明显降低药物对人体的刺激作用，控制药物的释放速度，延长药物的作用时间，还可以靶向治疗病灶，提高药物的治疗效果［52］．药物分子一般是通过吸附的方法装载到分子筛孔道内．对分子量较小的药物一般是选择微孔分子筛，如天然斜发沸石、NaY 、NaX 及Na-ZSM 型分子筛．当药物尺寸较大时，就需要选择孔径较大的介孔分子筛．药物的吸附过程是一个物理过程，在这个过程中，分子筛的有效孔径和孔道结构将起到决定性的作用．如果分子筛的孔径太小，孔道结构太复杂，则会在吸附过程中发生孔道堵塞．药物的释放则与溶媒的极性及分子筛的孔径大小和表面活性关系密切．Y 型分子筛可负载抗蠕虫药，作为药物的缓释/控释载体，Dyer 等［53］利用Y 型分子筛负载噻嘧啶984No．3陈炳鹏等：分子筛在医学领域的应用及作用机制和芬苯达唑（均为抗寄生虫药物）治疗感染寄生虫的兔子，同时利用Y 型分子筛负载敌敌畏（抗蠕虫药）治疗感染蛔虫的猪，实验表明负载于分子筛的药物具有更好的治疗效果．将这些抗蠕虫药掺入到分子筛基质中后，可以通过药物缓慢释放延长药物的作用时间，提高了这些药物的治疗效果．介孔分子筛MCM-41自1992年问世以来，其作为一个全新的药物载体引起了人们极大的兴趣．MCM-41分子筛均匀可调的孔道和丰富的表面硅羟基使其不仅对吸附的药物起到缓释作用，而且还可以通过改性对这种作用进行调节，达到更好的控释效果．Vallet-Regi ［54］等对未改性的MCM-41作为布洛芬（抗炎镇痛药）的控释体系进行了初步的研究．结果显示，将MCM-41作为布洛芬的控释基质克服了聚合物等传统控释基质与药物混合不均匀而影响控释效果的缺点，显示出了很好的缓释效果．为了控制药物的释放速度，Munoz 等［55］利用布洛芬分子中存在的羧基，用带有氨丙基的硅烷偶联剂对MCM-41表面进行改性，氨丙基的碱性加强了MCM-41与酸性的布洛芬之间的结合力，从而进一步强化了MCM-41的缓释效果．介孔材料SBA-15具有较大的孔径，允许大分子药物的负载与释放．SBA-15对药物的吸附与释放取决于分子筛孔道表面的性质，相比未改性的SBA-15，氨基化的SBA-15对药物具有更强的吸附作用，而且可以控制负载药物的释放［56］．介孔二氧化硅纳米颗粒（Mesoporous silica nanoparticles ，MSNs ）由于其形状及表面功能基团的可控性，可用作药物的靶向运输及控释载体．MSNs 在有机溶剂中能够保持完整性，因此可以在非水性介质中负载药物，克服了其它载体在水性条件下由静电力引起的药物和载体的排斥反应，这些优势使得MSNs 非常适合作为疏水性药物的输运载体．该种介孔二氧化硅纳米颗粒具有优异的结构特点，如巨大的比表面积（700 1000m 2/g ）、较大的空隙容积（0.6 1cm 3/g ）、可调变的孔径（2 20nm ）等，使Fig．4Intracellular trafficking of mesoporous silica nanoparticles （MSNs ）These vesicles undergo a complex series of fusion events directing the internalized MSNs to the cytosolic compartment ［57］．其能够负载超过30%（质量分数）的药物，并且可以根据颗粒浓度的不同调整药物的负载量，把由颗粒引起的毒副作用降到最小．MSNs 表面基团可通过多聚体或表面蛋白修饰，作为控制药物释放的开关．MSNs 携带治疗药物，通过细胞内吞作用进入细胞，在细胞内到达特定靶点，再释放药物进入细胞质中发挥其治疗作用．载药MSNs 在细胞内的输运是一个复杂的过程，涉及一系列囊泡的融合（图4）［57］．MSNs 优异的性能使其用于肿瘤的靶向治疗，能够克服传统化疗药物抑制肿瘤细胞的同时对正常组织的损伤，明显减轻了化疗药物的毒副作用．纳米颗粒的大小及表面电荷决定了其在肿瘤组织间隙的扩散速度，较小的颗粒及带有负电荷的颗粒比较容易穿透肿瘤组织，因此较小的药物载体浓度就可以达到治疗目的．介孔二氧化硅纳米颗粒本身具有一定的毒性作用，颗粒的大小、表面电荷及孔隙率均影响着该颗粒材料的毒性大小，因此MSNs 在临床使用之前需要经过严格的毒性检测［58］．分子筛作为药物的载体可以提高药物的溶解度、稳定性、安全性和生物活性．更重要的是，可以控制药物的作用靶点及释放速度，有效地提高了治疗药物的作用效果．分子筛材料将在制药工业中扮演重要的角色．4作为止血剂研究目前，分子筛止血剂已经商业化．美国Z-medica 公司生产的速效止血粉（QuickClot ）［59］主要成分为沸石，呈圆形小颗粒状，化学本质为改性的高交换度Ca-X 型分子筛．它的特点是直接作用伤口时会选择性吸收血液中的水分子，而不吸收血液中其它成分，导致血小板和凝血因子的浓缩，从而达到快速止血的目的，显著提高伤员的存活率．但是速效止血粉在使用过程中，分子筛吸水放出大量的热，094高等学校化学学报Vol．32。

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
几种常见分子筛的用途
分子筛是一类结晶的硅铝酸盐，由于它具有均一的孔径和极高的比表面积，所以具备许多优异的特点。

(1)按分子的大小和形状不同的选择吸附作用，即只吸附那些小于分子筛孔径的分子。

(2)对于小的极性分子和不饱和分子，具有选择吸附性能，极性越大，不饱和度越高，其选择吸附性越强。

(3)具有强烈的吸水性。

在较高的温度、较大的空速和含水量较低的情况下，仍有相当高的吸水量。

下面介绍几种常见分子筛的用途。

1、3A 分子筛
裂解气中一般含有400-700ppm 的水分，这些水分在深冷分离操作时会结成冰，另外在高压和低温条件下，水还能与低碳烷烃(如：CH4、C2H6 及C3H8 等)生成白色结晶的烃水合物。

而冰与烃水合物的晶体均可导致管道及设备堵塞，以致造成停车。

因此，石油裂解气在深冷分离之前必须进行深度脱水干燥，使裂解气中的水含量降低到小于5ppm(即其露点低于-60℃)。

目前国内外公认并普遍采用的最为理想的深度干燥吸附剂为3A 沸石分子筛，由于它只吸附裂解气中的水分子，不吸附较大的烃类分子(如：C2H6、C2H4 、C3H8 及C3H6 等)，因而可以避免烯烃化合物在分子筛孔道内部结焦，从而延长吸附剂的使用寿命。

2、4A 分子筛
用途：用于氟利昂制冷剂的干燥及其他分子尺寸大于4.8 的物质的脱水干燥。

3、5A 制(富)氧分子筛。

分子筛用途
分子筛广泛应用于化学、材料、环境保护等领域：
1.催化剂：作为催化剂载体，用于大分子化合物的裂解、制备有机物等。

2.吸附剂：对空气中的污染物和有毒化学品有良好的吸附和分离作用。

3.气体分离：可以根据小分子物质的大小和极性，对混合气体的成分
进行选择性分离。

4.水处理：用于水中异味、异色、重金属及有机物污染的去除。

5.供氧材料：用于制备高性能电池、固态燃料电池、燃料电池等。

6.分子存储：可利用分子筛的空腔结构，嵌入分子从而实现分子存储。

7.干燥剂：善于吸附水分，可作为干燥剂使用。

8.甲醇制氢：可以用于甲醇制氢过程中的甲醇脱水和氢气分离。

各类分子筛的用途
分子筛根据SiO2和Al2O3的分子比不同，得到不同孔径的产品，从而使其有了多种型号，3A、4A、5A等，由于他们在性能等方面会存在一些差别，所以它们的应用范围也是有所不同的。

3A分子筛主要应用于：化工、石油、医药、中空玻璃等工业用枯燥剂，用于不饱和烃物料，如裂解气、丁二烯、丙烯、乙炔等工业脱水，也可用于气体，极性液体和自然气的枯燥。

由于3A分子筛的孔径较小，在吸附过程中能有效控制其他分子的共吸附。

4A分子筛主要应用于：密闭的气体或液体系统中停止静态脱水。

在家用冷冻系统，药品包装，汽车空调，电子原件，易蜕变的化学品中作为静态枯燥剂或在涂料塑料系统中作为脱水剂。

在工业上也可用于饱和烃物料的枯燥。

并能吸附甲醇、乙醇、硫化氢、二氧化碳等。

可用于R-12和
R-22系统中。

也可用于气、液体组分的别离、提纯，如氩的纯制，试剂无水乙醇的制取等。

3A分子筛能吸附的分子4A分子筛都能吸附。

5A分子筛主要应用于：正异构烷烃的别离，氧氮别离，化工、石油天燃气、氨合成气体和其他工业气体及液体的枯燥和精制。

不论是哪个类型的分子筛，它们都有着不同的特点以及优点，在不同的行业领域中发挥着重要作用，所以正确选择合适的型号是非常有必要的。

分子筛的科学和工学分子筛是少见的具有广泛应用领域的机能性物质，分子筛具有吸附作用，离子交换作用，催化作用，被广泛应用于化工和其他工程领域。

多孔材料的孔道大小分类：分子筛的构造：Zeolite: 结晶型多孔质硅铝酸盐的总称。

1756年从天然矿物中发现的 基本结构单位是四面体构造的(SiO 4)4-或者(AlO 4)5-单位(统称TO 4) 。

一个TO 4单位有四个顶点氧，这四个顶点氧分别和相邻的四个TO 4单位的顶点氧共享，逐步连成三维结构，形成结晶。

这种结晶物质具有多孔性，孔道入口处直径为0.4-0.8nm ．由于比孔道口小的分子可以进入孔道内，而比孔道口大的分子无法进入孔道．所以这种物质具有筛分分子的作用，称为分子筛．1.除Al 3+之外，3价或4价元素引入硅酸盐的骨骼，可以形成和硅铝酸盐具有同样结晶构造的金属硅酸盐．2.组成为AlPO 4的与分子筛同样多孔构造的磷铝酸盐多孔结晶体．分子筛是硅铝酸盐特有的构造，其他多种氧化物可以构成同样的结晶型多孔构造．组成一个TO4单位有四个顶点氧，这四个顶点氧分别和相邻的四个TO4单位的顶点氧共享，逐步连成三维结构，形成结晶。

Tectosilicate: 网硅酸盐．SiO2以Al3+置换骨骼中的部分Si4+时, 骨架结构呈负电性，必须在结构中引入其他阳离子如Na+,H+, Ca2+等, 补足正电荷，组成为M n Al n Si1-n O2(M为1价阳离子).International Zeolite Association, IZA 分子筛或分子筛类似物的必要条件：形成敞开3维网络体系的化合物，组成为ABn (n≈2), A成4根键，B成2根键，骨骼密度在20.5（TO4单位）以下的物质．骨骼密度：1nm3内T(含Si和Al)原子数总合．骨骼密度在21以上的物质被称为致密网硅酸盐．氧化物以外的物质也可以放在分子筛类似物的范畴．　分子筛(沸石)命名：天然矿物沸石人工合成分子筛天然沸石命名：(1)矿物学家和化学家的名字Faujasite(FAU):France(矿)B.Faujas de Saint-Fond (1741~1819) Ferrierite(FER):Canada(矿)W.F.Ferrier(1865~1950)Gmelinite(GME):German(化)C.G.Gmelin(1792~1860)Heulandite(HEU):British(矿)J.H. Heuland(1778~1856)Offretite(OFF):France(?)A.J.J.Offret(1857~)Paulingite(PAU):USA(化)L.C.Pauling(1901~1994)(2)产地命名Bikitait(BIK):津巴布韦Bikita Goosecreekite(GOO): USA Virginia state Goose Greek Quarry Mordenite(MOR,丝光沸石):Canada nava scoot state morden(3)形态组成命名(希腊语) Analcime(ANA):无Chahazite(CHA,菱沸石): 冰雹Erionite(ERI):羊毛Stibite(STI,束沸石):光泽合成沸石命名：主要有研制的公司和大学等研究机构命名。

解剖学里分子筛的名词解释分子筛是一种广泛应用于解剖学领域的概念，它来自于化学分子结构和筛选理论的结合。

分子筛在生物科学中有着重要的应用，尤其是在分析组织结构和细胞功能方面。

本文将从不同角度深入探讨分子筛的概念和应用。

一、分子筛的基本原理分子筛是一种具有多孔结构的物质，在组织学研究中，它被广泛应用于分析细胞结构和生物分子的交互作用。

分子筛具有吸附和筛选的功能，能够根据其孔径大小和表面特性选择性地吸附不同分子，并通过筛选作用分离它们。

分子筛的主要结构由一系列亲水性和疏水性的通道组成，这些通道具有不同的孔径大小和形状。

当溶液中的分子进入分子筛时，它们会在通道中扩散，并与通道壁发生相互作用。

由于分子筛表面的特定性质，只有具有特定大小和形状的分子才能与其相互作用并被吸附。

二、分子筛在细胞结构研究中的应用1. 细胞膜通透性研究细胞膜作为细胞的保护屏障，对分子的进出具有一定的选择性。

利用分子筛的功能，可以模拟细胞膜的通透性，并研究不同大小、电荷和形状的分子在细胞膜上的渗透特性。

这对于药物传递系统的设计和生物分子的运输机制研究具有重要意义。

2. 分子间相互作用研究在细胞内，不同分子之间存在着复杂的相互作用关系。

分子筛可以帮助研究人员观察和分析分子间的相互作用，从而揭示细胞内各种生物过程的机理。

利用分子筛的特殊性质，可以筛选并分离某种特定分子与其他分子的相互作用。

三、分子筛在组织病理学中的应用1. 组织细胞结构分析组织学上，我们常常需要对组织细胞的结构进行分析。

分子筛可以帮助研究人员观察和描述细胞组织的微观结构特征，如细胞核形状、细胞器的分布以及细胞间连接等。

通过对细胞结构的详细分析，可以更好地理解组织病理学的相关现象，并为相关疾病的诊断和治疗提供依据。

2. 细胞代谢病理学研究分子筛在分析细胞代谢过程中也起到重要的作用。

通过分析细胞内代谢物的分布情况和与其他分子的相互作用，可以揭示细胞内代谢途径的调节机制以及代谢紊乱导致的一系列病理变化。

分子筛制氧机中分子筛材料
分子筛制氧机中常用的分子筛材料包括13X分子筛、5A分子筛
和4A分子筛。

这些分子筛材料都是以无机物为主要成分，具有特定
的孔径和表面化学性质，适合用于气体分离和纯化过程。

首先，13X分子筛是一种具有较大孔径的分子筛材料，通常用
于分离和纯化氧气。

它的孔径大小约为10埃，能够有效地吸附和分
离空气中的氮气和水分子，从而提高氧气的纯度。

其次，5A和4A分子筛也是常见的分子筛材料，它们的孔径分
别为5埃和4埃。

它们通常用于去除空气中的水分子和二氧化碳分子，从而提高氧气的纯度和制备干燥的氧气。

除了孔径大小外，分子筛材料的选择还取决于其对不同气体分
子的选择性和吸附能力。

这些分子筛材料都具有良好的吸附性能和
化学稳定性，能够在制氧机中稳定地进行气体分离和纯化过程。

总的来说，分子筛制氧机中常用的分子筛材料包括13X分子筛、5A分子筛和4A分子筛，它们具有不同的孔径大小和吸附特性，能
够有效地提高氧气的纯度和干燥效果。

这些分子筛材料在制氧机中发挥着重要的作用，确保了制得的氧气符合医用和工业标准。

分子筛工作原理
分子筛是一种用于分离分子的材料，其工作原理可以简单描述为分子在分子筛的微孔中通过分子间的相互作用被选择性地吸附、扩散和解吸。

分子筛材料通常具有高度有序的孔道结构，这些孔道的直径可以控制在几个纳米到几个微米的范围内。

分子筛孔道的大小和形状可以根据所需分离的分子尺寸和性质进行调控。

当混合物进入分子筛中时，分子筛的孔道会选择性地吸附较小分子，而较大分子则无法进入孔道，从而实现了分离。

这是因为较小的分子可以更容易地进入孔道并与孔道表面相互作用，而较大的分子则由于障碍效应无法进入孔道。

吸附后，被吸附的分子会在孔道内扩散，利用分子与孔道表面之间的作用力实现分子的扩散。

这种扩散过程是一个动态平衡过程，分子会在吸附和解吸之间不断地交替。

随着时间的推移，分子筛孔道中的吸附分子会达到一个平衡状态，这时可以通过改变外部条件如温度、压力等来实现分子的解吸和再生，从而使分子筛重新可用。

总的来说，分子筛的工作原理是基于分子在微孔中的选择性吸附、扩散和解吸的过程，通过控制孔道的大小和形状，可以实现对不同分子的分离。

这种原理被广泛应用于各种领域，如催化剂、气体分离、分子传感等。