功能化介孔二氧化硅纳米材料的应用
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介孔二氧化硅在生物医药方面的应用
首先,介孔二氧化硅纳米载体用于医药方面,具有优良的特性。
其具有较大的孔容和比表面积,有利于药物的高效装载;载体的刚性结构及介孔孔道,有利于提高药物的物理稳定性;表面易功能化修饰,可用于控释及靶向药物传递系统,有利于增强药效并降低毒副作用;此外,介孔二氧化硅的体内细胞毒性、生物降解、生物分布排泄等一系列生物安全性评价均显示良好结果。
其次,介孔二氧化硅可以与磁性或荧光物质结合,实现药物传递和生物成像的双重功能。
这有利于提高成像质量和药物治疗效果。
此外,介孔二氧化硅作为生物活性材料用于组织再生等方面,也展现出良好的应用前景。
同时,根据介孔二氧化硅或普通硅包不同物质(如硅包银、硅包金等)的特点及应用,可以用于药物装载及传递、肿瘤靶向治疗、MRI成像等。
总的来说,介孔二氧化硅在生物医药方面具有优良的特性和广泛的应用,对生物医药的发展起到了重要的作用。
介孔二氧化硅纳米材料的制备及在药物递送方面的应用探究1. 引言随着人们对治疗药物副作用和提高治疗效果的要求越来越高,纳米载药技术被广泛应用于药物递送领域。
其中,介孔二氧化硅纳米材料因其奇特的孔道结构和高度可控的孔径大小受到了探究者的关注。
2. 介孔二氧化硅纳米材料的制备方法2.1 模板法2.2 溶胶凝胶法2.3 气相沉积法3. 介孔二氧化硅纳米材料在药物递送方面的应用探究进展3.1 肿瘤治疗3.1.1 化学药物载药3.1.2 生物大分子药物载药3.2 抗菌治疗3.3 组织工程3.4 缓释药物递送系统3.5 合成药物递送系统4. 介孔二氧化硅纳米材料在药物递送中的优缺点4.1 优点4.2 缺点5. 结论介孔二氧化硅纳米材料作为一种具有良好生物相容性和可控释放性能的载药材料,其制备方法日益完善,对于药物递送领域具有重要的应用潜力。
然而,其在临床应用中仍面临一些挑战,包括制备成本高、长期稳定性等问题。
因此,将来的探究还需要进一步优化制备方法,并解决潜在的安全问题,以提高介孔二氧化硅纳米材料在药物递送方面的应用前景。
关键词:介孔二氧化硅纳米材料,制备方法,药物递送,应用探究,优缺点。
Abstract: With the development of nanotechnology, mesoporous silica nanoparticles (MSN) have attracted extensive research interest as a drug carrier material due to their excellent biocompatibility and controllable release properties. This article reviews the preparation methods of mesoporous silica nanoparticles and their research progress in drug delivery.1. IntroductionWith the increasing demand for reducing drug side effects and improving treatment efficacy, nanocarriers have been widely used in drug delivery. Among them, mesoporous silica nanoparticles have received attention from researchers due to their unique pore structure and highly controllable pore size.2. Preparation methods of mesoporous silica nanoparticles2.1 Template method2.2 Sol-gel method2.3 Vapor deposition method3. Research progress of mesoporous silica nanoparticles in drug delivery3.1 Tumor therapy3.1.1 Chemical drug loading3.1.2 Biopolymer drug loading3.2 Antibacterial therapy3.3 Tissue engineering3.4 Sustained drug delivery systems3.5 Synthetic drug delivery systems4. Advantages and disadvantages of mesoporous silica nanoparticles in drug delivery4.1 Advantages4.2 Disadvantages5. ConclusionMesoporous silica nanoparticles, as a drug carrier material with good biocompatibility and controllable release properties, have great application potential in the field of drug delivery. However, challenges still exist in their clinical application, including high preparation cost and long-term stability. Therefore, future research needs to further optimize the preparation methods and address potential safety issues to improve the application prospects of mesoporous silica nanoparticles in drug delivery.Keywords: mesoporous silica nanoparticles, preparation methods, drug delivery, application research, advantages and disadvantages综上所述,介孔硅纳米颗粒在药物传递领域具有许多优点,如高载药能力、可控释放性和可调整的生物相容性。
介孔二氧化硅
(原创实用版)
目录
1.介孔二氧化硅的定义和性质
2.介孔二氧化硅的应用领域
3.介孔二氧化硅的发展前景
正文
一、介孔二氧化硅的定义和性质
介孔二氧化硅,又称为孔隙二氧化硅,是一种具有高孔容、高比表面积和良好孔径分布特性的纳米级多孔材料。
其主要成分为二氧化硅(SiO2),具有优异的耐高温、耐腐蚀、高稳定性等性能,广泛应用于催化剂、吸附剂、分子筛等领域。
二、介孔二氧化硅的应用领域
1.催化剂:介孔二氧化硅具有良好的孔道结构和较大的比表面积,有
利于催化剂的活性中心分散,提高催化效率。
因此,在催化剂制备中,介
孔二氧化硅可作为载体,提高催化剂的性能。
2.吸附剂:介孔二氧化硅的高孔容和比表面积使其具有良好的吸附性能,可用于吸附有害气体、重金属离子等污染物质。
在水处理、空气净化
等领域有广泛应用。
3.分子筛:介孔二氧化硅具有良好的孔径分布和孔道结构,可用于制
备分子筛,实现对气体、液体和小分子物质的选择性分离。
4.其他领域:介孔二氧化硅还应用于隔热材料、传感器、生物医学等众多领域,发挥其独特的性能优势。
三、介孔二氧化硅的发展前景
随着科学技术的不断发展,介孔二氧化硅在催化、吸附、分离等领域的应用将更加广泛,市场需求将持续增长。
同时,介孔二氧化硅作为一种环境友好型材料,其绿色、可持续发展的特点将更加受到关注。
胺功能化介孔二氧化硅纳米颗粒
胺功能化介孔二氧化硅纳米颗粒是一种具有广泛应用前景的新型材料,其在生物医药、催化剂、吸附分离等领域具有重要的应用潜力。
介孔二氧化硅是一种具有高比表面积和丰富孔道结构的材料,通过对其进行胺功能化修饰,可以赋予其更多的化学性质和功能特性,从而拓展其应用范围。
胺功能化介孔二氧化硅纳米颗粒的制备方法多种多样,其中最常见的是采用硅烷偶联剂作为胺基的前体,通过溶剂热法或共沉淀法将其修饰在介孔二氧化硅表面。
通过控制合成条件和反应参数,可以调控胺基的含量和分布,从而实现对材料性能的精确调控。
胺功能化介孔二氧化硅纳米颗粒在生物医药领域具有广泛的应用前景。
其表面胺基团可以与生物分子发生氢键、静电作用等相互作用,用于药物载体、基因传递、细胞成像等方面。
此外,胺功能化介孔二氧化硅纳米颗粒还可用于吸附分离、催化剂载体等领域,具有良好的应用前景。
胺功能化介孔二氧化硅纳米颗粒的研究还面临一些挑战和问题。
首先是合成方法的优化,需要进一步提高合成效率和产品质量;其次是胺基的稳定性和可控性问题,需要寻找更好的修饰方法和材料设计策略;最后是材料的应用性能和安全性评价,需要进一步深入研究。
总的来说,胺功能化介孔二氧化硅纳米颗粒是一种具有广泛应用前景的新型材料,其在生物医药、催化剂、吸附分离等领域具有重要的应用潜力。
随着研究的不断深入和技术的不断进步,相信胺功能化介孔二氧化硅纳米颗粒将会在更多领域展现出其独特的优势和价值。
介孔二氧化硅纳米材料的合成与催化性能介孔二氧化硅纳米材料是一种具有广泛应用前景的新材料。
它不仅具有高度的孔隙度和可调节的孔径大小,而且还具有良好的化学稳定性和催化性能,因此被广泛应用于分子筛、催化剂、药物缓释等领域。
本文将介绍介孔二氧化硅纳米材料的制备方法、结构特点以及在催化领域的应用情况。
一、介孔二氧化硅纳米材料的合成介孔二氧化硅纳米材料的合成方法主要有两类:基于硅烷前体的凝胶法和基于表面模板法。
1. 凝胶法凝胶法是目前常用的一种制备介孔二氧化硅纳米材料的方法,其主要步骤包括硅烷前体的水解、缩合、有机模板剂的加入、凝胶形成和模板剂的去除等。
具体而言,硅烷前体首先通过水解缩合反应形成均匀的硅氧网格,然后有机模板剂通过氢键、范德华力等相互作用进入硅氧网格中,最后在适当的条件下,硅氧网格聚合形成介孔二氧化硅纳米材料。
2. 表面模板法表面模板法是一种使用有机小分子作为模板剂形成介孔二氧化硅纳米材料的方法。
具体而言,有机小分子首先在硅烷前体表面吸附,然后硅烷前体发生水解缩合反应形成硅氧网格,同时有机小分子也进入硅氧网格中并形成介孔结构。
最后通过退火等方式去除有机小分子,得到介孔二氧化硅纳米材料。
二、介孔二氧化硅纳米材料的结构特点介孔二氧化硅纳米材料具有高度的孔隙度和可调节的孔径大小,其孔径大小通常在2-50 nm之间。
与孔径大小有关的是模板剂的大小,因为模板剂对介孔结构的形成起着重要的作用。
介孔二氧化硅纳米材料的孔道壁厚度通常在10-20 nm之间,同时具有较大的内表面积和孔体积。
内表面积和孔体积的大小可以通过改变硅烷前体的结构、溶剂的种类和条件等来调节,从而制备出具有不同结构和性质的介孔二氧化硅纳米材料。
三、介孔二氧化硅纳米材料的催化性能介孔二氧化硅纳米材料具有良好的催化性能,主要体现在以下几个方面。
1. 选择性催化由于介孔二氧化硅纳米材料具有可调节的孔径大小和孔道壁厚度,因此可以针对不同的反应分子选择合适的孔径大小和孔道壁厚度,在催化反应中实现选择性催化。
介孔二氧化硅负载药物介孔二氧化硅负载药物是一种新型的药物控释系统,被广泛应用于生物、医学等领域。
本文将按照以下步骤进行阐述:一、介孔二氧化硅的概述介孔二氧化硅是一种具有规则孔道结构的纳米材料,具有高比表面积、良好的生物相容性以及较好的化学稳定性等特点。
介孔二氧化硅不仅可用于制备高效催化剂、高效吸附剂等材料,还可用于负载药物。
二、药物的负载药物负载是将药物物质与载体材料结合,形成一种新的复合材料。
负载药物有以下几种作用:1、改善药物的性质,增强药效2、减少药物的副作用3、延长药物在体内的停留时间4、提高使用效率三、介孔二氧化硅负载药物的制备方法介孔二氧化硅负载药物有以下几种制备方法:1、物理吸附法物理吸附法是将药物直接吸附到介孔二氧化硅表面。
该方法简单易行,但药物的吸附量较低,需要经常补充药物。
2、化学共价键合法化学共价键合法是通过化学反应,在介孔二氧化硅表面与药物之间形成化学键。
该方法可以提高药物的吸附量和固定率,但操作复杂。
四、介孔二氧化硅负载药物的应用介孔二氧化硅负载药物可用于医学、生物等领域:1、医学领域介孔二氧化硅负载药物可用于制备药物控释系统,提高药物在体内的生物利用度,减少药物对机体的损伤。
2、生物领域介孔二氧化硅负载药物可用于制备生物传感器等生物材料,用于生物分析、诊断。
总之,介孔二氧化硅负载药物是一种重要的生物材料,其具有良好的生物相容性和药物负载能力,可应用于医学、生物等领域。
同时,在制备过程中应选择合适的制备方法和载体材料,以提高药物的负载效率和控释效果。
中空介孔二氧化硅纳米粒子的作用和功效下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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介孔二氧化硅纳米导锂离子1. 引言锂离子电池作为一种高效、可重复充放电的储能设备,广泛应用于移动通信、电动汽车和可再生能源等领域。
为了提高锂离子电池的性能,研究人员一直在寻找新的材料来替代传统的碳基负极材料。
介孔二氧化硅纳米材料由于其独特的孔道结构和较大的比表面积,在导锂离子方面显示出了巨大的潜力。
本文将详细介绍介孔二氧化硅纳米材料在导锂离子方面的应用,并讨论其优点、制备方法以及未来发展方向。
2. 介孔二氧化硅纳米材料概述2.1 介孔结构介孔二氧化硅纳米材料具有规整排列的孔道结构,这些孔道具有可调控的直径和长度。
这种结构使得该材料具有较大的比表面积和丰富的活性位点,有利于锂离子在其内部储存和传输。
2.2 物理和化学性质介孔二氧化硅纳米材料具有良好的热稳定性、机械强度和化学惰性。
此外,其表面可以通过改性来调控其亲疏水性、电荷分布等性质,进一步优化锂离子的储存和传输。
3. 介孔二氧化硅纳米材料在导锂离子方面的应用3.1 负极材料介孔二氧化硅纳米材料可以作为锂离子电池负极材料的替代品。
其高比表面积和丰富的活性位点能够提供更多的储存空间和反应位点,从而增加了锂离子的储存量和传输速率。
此外,介孔结构还能够缓解体积膨胀引起的电极材料破裂问题,提高电池的循环寿命。
3.2 正极材料除了作为负极材料,介孔二氧化硅纳米材料还可以作为正极材料进行锂离子储存。
通过调控其表面性质和结构参数,可以实现对锂离子的选择性吸附和储存,提高电池的能量密度和循环稳定性。
3.3 电解液添加剂介孔二氧化硅纳米材料还可以作为锂离子电池电解液的添加剂。
其孔道结构能够吸附和固定电解液中的锂离子,并在需要时释放出来,从而提高电解液中锂离子的浓度和传输速率。
这种添加剂可以减轻锂离子电池在高倍率充放电过程中的极化问题,提高电池的功率密度和循环寿命。
4. 介孔二氧化硅纳米材料制备方法目前,制备介孔二氧化硅纳米材料主要有溶胶-凝胶法、模板法、水热法等。
介孔二氧化硅纳米材料形貌的影响因素及应用作者:陈秀楠来源:《中国高新科技·上半月》2020年第03期摘要:介孔二氧化硅纳米材料由于其比表面积大,热稳定性好,化学稳定性优良,在吸附、催化、传感器、光学器件等众多范畴内都具有广泛的用途。
文章主要介绍介孔二氧化硅的制备和这种方法制备出的材料在不同领域中的应用前景以及未来展望。
关键词:介孔二氧化硅:制备:形貌:应用孔径在2~50nm范围的多孔材料称为介孔(中孔)材料。
介孔二氧化硅纳米材料(MesoporousSilica Nanomaterial,MSNs)是一类由无机硅烷制备的颗粒且粒度在纳米量级(1~100nm)的纳米材料,由于介孔材料具有允许分子进去的更大的内表面和孔穴、纯度高、低毒,生物相容性好,理化性质稳定,还具备纳米材料特有的性质,如因量子尺寸效应及界面耦合效应的影响而具有奇异的物理、化学等许多优良的性能。
将在催化、传感、化学、光电子学、电磁学、药物输送、吸附等诸多领域具有广泛应用,因此从它诞生以来就成为国际上的研究热点。
本文综述了介孔二氧化硅纳米材料的制备、形貌和应用。
1.制备及形貌1.1介孔二氧化硅纳米材料的制备通常采用共沉淀法制备介孔二氧化硅纳米材料,加入各反应物的物质的量之比为:十六烷基三甲溴化铵:去离子水:乙二醇:一水合氨溶液:四乙氧基硅烷=0.53:1861:100:19:1。
十六烷基三甲溴化铵0.8624g溶于149.5g的去离子水中,再加入乙二醇溶液25mL和体积分数为25%的一水合氨溶液7.2mL。
用磁离子搅拌机在50℃下搅拌30min,之后加入四乙氧基硅烷为1mL,置于磁离子搅拌机50℃2h后,倒入反应釜中,放进100℃的真空干燥箱中进行水热处理24h。
然后在12000rpm下离心15min,用无水乙醇和去离子水洗涤去除杂质,并按上述方法离心几次。
离心后的样品放入干燥温度为60℃的真空干燥箱中干燥6h,取出。
以十六烷基三甲基溴作为表面活性剂,通常采用酸醇萃取法去除。
介孔二氧化硅
【原创版】
目录
1.介孔二氧化硅的定义和特性
2.介孔二氧化硅的应用领域
3.介孔二氧化硅的研究现状和前景
正文
介孔二氧化硅是一种具有高孔容、高表面积和规则孔道结构的硅基材料,其孔径大小介于 2-50 纳米之间。
由于其独特的结构和优异的性能,介孔二氧化硅在催化、吸附、分离、传感器等领域具有广泛的应用。
首先,介孔二氧化硅在催化领域具有重要的应用价值。
由于其高孔容和高表面积,使得其具有较大的反应空间和较多的活性位点,可以提高催化剂的活性和稳定性。
因此,介孔二氧化硅被广泛应用于催化剂的载体和催化剂本身,例如,用于催化氢气氧化反应、氧还原反应等。
其次,介孔二氧化硅在吸附领域也有广泛的应用。
由于其规则的孔道结构和较大的比表面积,使得其具有高效的吸附能力,可以用于吸附和分离气体、液体和溶液中的有害物质。
例如,介孔二氧化硅可以用于吸附水中的重金属离子、有机污染物等,从而达到水处理的目的。
此外,介孔二氧化硅在传感器领域也有重要的应用。
由于其高孔容和高表面积,可以提高传感器的灵敏度和响应速度,使得其可以用于检测环境中的有害气体、湿度等。
尽管介孔二氧化硅已经在多个领域显示出了其优异的应用性能,但是其研究和应用仍然面临着一些挑战。
例如,如何控制介孔二氧化硅的孔径、孔道结构和形貌,以满足不同应用场景的需求;如何提高介孔二氧化硅的稳定性和耐久性,以延长其使用寿命等。
总的来说,介孔二氧化硅是一种具有巨大应用潜力的硅基材料,其研究和应用前景广阔。
介孔二氧化硅纳米棒简介介孔二氧化硅纳米棒是一种具有特殊结构和性质的纳米材料。
它由二氧化硅组成,具有高度有序的孔道结构和棒状形态。
这种材料在纳米科技领域具有广泛的应用前景,包括催化、吸附、传感、药物释放等方面。
结构特点介孔二氧化硅纳米棒的结构特点主要体现在两个方面:孔道结构和形态。
孔道结构介孔二氧化硅纳米棒具有高度有序的孔道结构。
这些孔道大小均匀,在2-50纳米之间,而且排列有序。
这种有序排列使得材料具有较大的比表面积,增强了其吸附能力和催化活性。
形态介孔二氧化硅纳米棒以棒状形态存在。
这种形态使得材料具有较大的长径比,增加了其机械强度和稳定性。
此外,棒状形态还使得材料在某些应用中更易于处理和分离。
制备方法介孔二氧化硅纳米棒的制备方法多种多样,常见的方法包括溶胶-凝胶法、模板法和自组装法等。
溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备介孔二氧化硅纳米棒的方法。
该方法主要通过溶胶中包含硅源和模板剂,经过水解和聚合反应形成凝胶,再经过高温处理去除模板剂和有机物质,最终得到介孔二氧化硅纳米棒。
模板法模板法是另一种常见的制备介孔二氧化硅纳米棒的方法。
该方法利用一些有机或无机模板剂作为模板,在其表面沉积二氧化硅前驱体,并通过热处理或溶剂蒸发等方式去除模板剂,从而得到介孔二氧化硅纳米棒。
自组装法自组装法是一种较新的制备介孔二氧化硅纳米棒的方法。
该方法利用某些特定条件下,分子之间的相互作用力使得分子自发地组装成具有特定结构和形态的材料。
这种方法制备的介孔二氧化硅纳米棒具有更好的结构和性能。
应用领域催化介孔二氧化硅纳米棒具有较大的比表面积和高度有序的孔道结构,这使得它在催化领域具有广泛应用。
通过调控其孔道结构和表面性质,可以使其具有良好的催化活性和选择性。
例如,可以将金属纳米颗粒或酶等活性物质负载在介孔二氧化硅纳米棒上,从而形成高效的催化剂。
吸附由于具有高度有序的孔道结构,介孔二氧化硅纳米棒在吸附领域也具有广泛应用。
它可以作为吸附剂用于水处理、空气净化等环境保护领域。
介孔二氧化硅是一种具有独特孔道结构的新型材料,其孔径在2-50纳米之间,具有较高的比表面积和良好的吸附性能。
下面从制备方法、性质、应用和前景等方面进行介绍。
一、制备方法介孔二氧化硅的制备方法主要有两种:软模板法和硬模板法。
软模板法是利用表面活性剂作为模板,通过溶胶-凝胶法制备出介孔二氧化硅。
硬模板法则是利用具有介孔结构的硬模板(如分子筛)作为模板,通过浸渍、涂布等方法将硅源引入模板中,再经过热处理等步骤制备出介孔二氧化硅。
二、性质介孔二氧化硅具有较高的比表面积和良好的吸附性能,其孔道结构可以调控制备,孔径大小和分布可以通过合成条件进行调控。
此外,介孔二氧化硅还具有良好的热稳定性和化学稳定性,可以在多种环境下使用。
三、应用介孔二氧化硅在多个领域都有广泛的应用,如催化剂载体、吸附剂、药物载体等。
在催化剂领域,介孔二氧化硅可以作为载体材料,提高催化剂的活性和稳定性。
在吸附剂领域,介孔二氧化硅可以用于吸附气体和液体中的有害物质,如甲醛、重金属离子等。
在药物载体领域,介孔二氧化硅可以作为药物载体,通过控制药物释放速度和靶向作用,提高药物的治疗效果和降低副作用。
四、前景介孔二氧化硅作为一种新型材料,具有广泛的应用前景。
未来随着制备技术的不断提高和新材料的发展,介孔二氧化硅将会在更多领域得到应用。
例如,在能源领域,介孔二氧化硅可以作为电池的电极材料,提高电池的能量密度和充放电效率;在生物医学领域,介孔二氧化硅可以作为生物材料的表面涂层,提高材料的生物相容性和抗腐蚀性。
总之,介孔二氧化硅作为一种具有独特孔道结构的新型材料,具有广泛的应用前景。
未来随着制备技术的不断提高和新材料的发展,介孔二氧化硅将会在更多领域得到应用。
介孔二氧化硅纳米材料介孔二氧化硅纳米材料是一种具有特殊孔隙结构的纳米材料,其孔径大小在2-50纳米之间。
这种材料具有巨大的比表面积和丰富的孔隙结构,因此在吸附、分离、催化和药物控释等领域具有广泛的应用前景。
介孔二氧化硅纳米材料在吸附领域具有重要的作用。
由于其特殊的孔隙结构,它能够有效地吸附和储存气体、液体和溶液中的溶质。
这种吸附性能使得介孔二氧化硅纳米材料成为一种理想的吸附剂,可以应用于环境污染治理、废水处理和气体分离等方面。
例如,研究人员可以利用介孔二氧化硅纳米材料吸附和去除水中的有机污染物,从而净化水源,保护环境。
介孔二氧化硅纳米材料在分离领域也有广泛的应用。
由于其独特的孔隙结构和可调控的孔径大小,它可以实现对不同大小分子的选择性分离。
这种分离性能使得介孔二氧化硅纳米材料成为一种理想的分离膜材料。
例如,在生物医学领域,研究人员可以利用介孔二氧化硅纳米材料制备纳滤膜,实现对生物大分子的高效分离和富集。
介孔二氧化硅纳米材料还具有优异的催化性能。
由于其大比表面积和可调控的孔隙结构,它可以提供丰富的催化活性位点和优异的传质性能,从而实现高效的催化反应。
这种催化性能使得介孔二氧化硅纳米材料成为一种理想的催化剂载体。
例如,在化学合成领域,研究人员可以将金属催化剂负载在介孔二氧化硅纳米材料上,实现对有机反应的高效催化。
介孔二氧化硅纳米材料还具有良好的药物控释性能。
由于其特殊的孔隙结构和可调控的孔径大小,它可以实现对药物的高效负载和控释。
这种药物控释性能使得介孔二氧化硅纳米材料成为一种理想的药物载体。
例如,在药物传输领域,研究人员可以将药物包裹在介孔二氧化硅纳米材料中,通过调节孔径大小和表面性质,实现对药物的控释和靶向输送。
介孔二氧化硅纳米材料具有特殊的孔隙结构和优异的性能,在吸附、分离、催化和药物控释等领域具有广泛的应用前景。
随着对其理解的深入和制备技术的不断改进,相信介孔二氧化硅纳米材料将在多个领域发挥重要的作用,为人类社会的发展做出更大的贡献。
介孔二氧化硅纳米材料应用
介孔二氧化硅纳米材料在许多领域都有广泛的应用,包括以下几个方面:
1. 生物医疗领域:可以用于药物装载及传递,肿瘤靶向治疗,MRI成像。
外部包覆的介孔氧化硅壳层可装载荧光分子、化疗药物、DNA/siRNA、蛋白等客体分子。
在外磁场作用下还可以产生磁热疗效应。
另外,以负载缓蚀剂的SiO2为填料涂层附着在金属表面,能屏蔽外界环境造成的腐蚀因素影响。
当涂层产生缺陷时,缓蚀剂释放到相应的位置进行交联完成修复。
2. 环保领域:可以用于制备阻燃性复合材料。
研究人员将中空介孔SiO2(HM-SiO2),壳聚糖(CS)和磷酸化纤维素(PCL)为原料,通过层层自组装法引入环氧树脂(EP)中,制备出一种环保型阻燃剂。
结果表明,HM-SiO2带有Si、P、S 等阻燃元素,与CS、PCL协同赋予了EP优异的阻燃性能。
3. 工业领域:聚合物成膜性能好,SiO2的加入赋予其优异的热稳定性和力学性能。
此外,通过不同的工艺还可以制备高性能与多功能的涂层。
例如,研究人员将疏水SiO2喷涂在聚氨酯(PU)-丙烯酸酯(PUA)膜表面,制备出用于辊对辊或辊对板系统的超疏水涂层,接触角达到150°,透光率高,适用于连续性生产。
4. 能源领域:利用介孔二氧化硅的包被解决了金纳米棒不易携载药物的难题,在包载了典型的抗癌药物-阿霉素之后,通过激光照射,实现了两种癌症治疗模式:低功率激光诱导阿霉素释放而产生的化疗模式,高功率激光通过光热转化效应而直接实现的化疗和热疗双重模式。
此外,介孔二氧化硅纳米材料还可以用于制备超疏水与阻燃相结合等多功能纳米复合材料。
介孔二氧化硅纳米粒
介孔二氧化硅纳米粒是一种具有特殊结构和性能的纳米材料。
它的特殊孔道结构和较大比表面积使其在各种领域具有广泛的应用前景。
介孔二氧化硅纳米粒在催化领域具有重要的应用价值。
由于其孔道结构的可调控性和较大比表面积,可以作为理想的催化剂载体。
通过调控孔道尺寸和表面性质,可以实现对催化剂活性和选择性的调控,进而提高催化反应的效率和产物纯度。
此外,介孔二氧化硅纳米粒还可以用于催化剂的分子筛和分离膜材料的制备,具有重要的应用潜力。
介孔二氧化硅纳米粒在药物传递和生物医学领域也有广泛的应用。
由于其孔道结构可以有效地控制药物的释放速率和药物的稳定性,使药物在体内得到更好的吸收和利用。
此外,介孔二氧化硅纳米粒还可以用于生物传感器的构建和生物成像的增强剂,具有重要的生物医学应用前景。
介孔二氧化硅纳米粒还可以用于环境污染治理和能源领域。
由于其较大的比表面积和可调控的孔道结构,可以作为吸附剂用于水污染物的去除和气体的吸附分离。
同时,介孔二氧化硅纳米粒还可以作为锂离子电池和超级电容器的电极材料,具有较好的电化学性能和循环稳定性,有望在能源领域得到广泛应用。
介孔二氧化硅纳米粒作为一种具有特殊结构和性能的纳米材料,具
有广泛的应用前景。
在催化、药物传递、生物医学、环境治理和能源等领域都有重要的应用价值。
随着对其结构和性能的深入理解和研究,相信介孔二氧化硅纳米粒在未来会发挥更大的作用,为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
药学进展介孔二氧化硅纳米在医药领域的应用进展∗喻红梅ꎬ龚宁波ꎬ吕扬(北京协和医学院㊁中国医学科学院药物研究所㊁晶型药物研究北京市重点实验室ꎬ北京㊀100050)摘㊀要㊀近年来ꎬ纳米二氧化硅因其具有高比表面积㊁高生物相容性㊁靶向性等优良特性ꎬ在医药领域的应用越来越广泛ꎮ该文综述了介孔二氧化硅纳米(MSN)颗粒的制备方法ꎬMSNs在多种疾病诊断和治疗㊁药物分离运载方面的研究进展ꎬ旨在为MSNs在医药领域的进一步应用提供参考ꎮ关键词㊀二氧化硅纳米ꎻ疾病诊断ꎻ疾病治疗ꎻ药物运载ꎻ药物分离中图分类号㊀R91㊀㊀㊀文献标识码㊀A㊀㊀㊀文章编号㊀1004-0781(2020)08-1096-04DOI㊀10.3870/j.issn.1004 ̄0781.2020.08.014㊀㊀㊀㊀㊀开放科学(资源服务)标识码(OSID)ApplicationProgressofMesoporousNano ̄SilicaintheFieldofMedicineYUHongmeiꎬGONGNingboꎬLYUYang(BeijingKeyLaboratoryofPolymorphicDrugsꎬInstituteofMateriaMedicaꎬChineseAcademyofMedicalSciencesꎬBeijing100050ꎬChina)ABSTRACT㊀Inrecentyearsꎬnano ̄silicahasbeenwidelyusedinthefieldofbiomedicineduetoitshighspecificsurfaceareaꎬhighbiocompatibilityꎬandtargetingproperties.Thisreviewfocusesonthepreparationmethodsofmesoporoussilicanano(MSN)materialsꎬtheresearchprogressofMSNsinthediagnosisandtreatmentofvariousdiseasesꎬandthedrugisolationanddeliveryꎬaimingatprovidingareferenceforthefurtherapplicationofmesoporousnano ̄silicainthefieldofmedicine.KEYWORDS㊀Nano ̄silicaꎻDiseasediagnosisꎻDiseasetreatmentꎻDrugdeliveryꎻDrugisolation㊀㊀二氧化硅(SiO2)是一种无毒㊁无污染的非金属材料ꎬ但其密度大ꎬ比表面积小ꎬ故应用受到限制ꎮ介孔材料具有有序的孔隙结构ꎬ孔洞大小可精确调控ꎬ比表面积和孔体积大ꎬ吸附性强[1 ̄3]ꎬ具有良好的应用前景ꎮ近年来ꎬ随着纳米技术迅速发展ꎬ纳米制剂的制备方法不断优化改进ꎬ纳米药物在医药领域的应用越来越广泛ꎮ介孔二氧化硅纳米颗粒(mesoporoussilicananoꎬMSNs)因其具有高表面积ꎬ高稳定性ꎬ靶向性ꎬ高生物相容性等诸多优良特性ꎬ引起了医学界的极大兴趣ꎬ尤其是在抗肿瘤方面显示出极大的应用优势[4 ̄5]ꎮ近年来ꎬ靶向和持续治疗剂的概念已转变为触发药物释放ꎬ收稿日期㊀2019-10-21㊀修回日期㊀2019-12-31基金项目㊀∗国家重点研发计划资助项目(2016YFC1000901)ꎻ中国医学科学院医学与健康科技创新工程资助项目(2017 ̄I2M ̄1 ̄010)ꎻ天然/有效活性小分子高效获取鉴定的技术集成体系构建及应用资助项目(2018ZX09711001 ̄001)ꎻ药品医疗器械审评审批制度改革专项课题资助项目(ZG2017 ̄4 ̄02)ꎮ作者简介㊀喻红梅(1995-)ꎬ女ꎬ江西南昌人ꎬ硕士ꎬ从事药物分析㊁晶型药物研究ꎮORCID:0000 ̄0002 ̄8279 ̄7513ꎮ电话:010-63030566ꎬE ̄mail:186****9998@163.comꎮ通信作者㊀龚宁波(1973-)ꎬ男ꎬ湖北谷城人ꎬ副研究员ꎬ硕士生导师ꎬ从事药物分析㊁晶型药物研究ꎮ电话:010-63030566ꎬE ̄mail:gnb@imm.ac.cnꎮ从而迎来了 按需 药物递送时代ꎬ中空介孔SiO2由于其可调节的表面功能已出现在触发释放系统的最前沿[6]ꎮ本文综述了MSNs的制备方法ꎬ在医药领域以及天然产物分离㊁运输及改性等方面的应用ꎬ旨在为MSNs在医药领域的进一步应用提供参考ꎮ1㊀制备方法㊀目前SiO2制备方法主要有硬模板法和软模板法ꎮ硬模板法是利用有机/无机微球作为模板ꎬSiO2在模板表面组装形成核壳微球ꎬ除去模板后即可得到中空介孔微球ꎬ但此种方法所得材料的粒径分布窄ꎬ且硬纸板除去过程中容易发生壳缺陷ꎻ硬模板法也可称为干法ꎬ包括气相法和电弧法ꎮ软模板法是以囊泡㊁乳滴㊁液滴等液体为模板ꎬ通过静电作用使SiO2自我组装形成中空介孔微球ꎬ煅烧或溶剂去除模板后得到中空纳米材料ꎬ软模板的制备和去除都非常方便ꎬ但其结构受溶剂和浓度的影响较大ꎬ且软模板在溶液中浓度较低ꎬ不适合大量制备ꎮ软模板法也称作湿法ꎬ包括沉淀法㊁溶胶凝胶法㊁微乳液法㊁超重力反应法㊁水热合成法和Stober法ꎮStober法是将正硅酸乙酯加入到乙醇和氨水中生成纳米硅颗粒的方法ꎮKOBAYASHI等[7]研究了正硅酸乙酯和氨浓度对二氧化硅纳米颗粒粒径的影响ꎬ发现SiO2颗粒的尺寸随正硅酸乙酯和氨浓度的增加而增加ꎮ溶胶凝胶法是将硅酸酯与乙醇按一定比例制备成均匀的混合液ꎬ搅拌下缓慢加入去离子水调节溶液pH值ꎬ再加入合适的表面活性剂搅拌均匀ꎬ从而制得纳米硅颗粒的方法ꎮLUO等[8]以正硅酸乙酯为前驱体ꎬ采用溶胶凝胶技术制备SiO2纳米粒子ꎬ再用硅烷偶联剂ꎬ即十六烷基三甲氧基硅烷ꎬ二甲氧基二苯基硅烷对这些SiO2纳米粒子进一步改性ꎬ以在SiO2纳米粒子的表面上引入有机官能团ꎬ从而制得具有某种特性的纳米硅颗粒ꎮ沉淀法是以水玻璃和无机酸为原料ꎬ加入合适的表面活性剂ꎬ沉淀合成ꎬ干燥煅烧后即制备成SiO2纳米粒子ꎮ气相沉淀法是以硅烷卤化物为原料ꎬ高温水解生成气相SiO2ꎬ与气体形成溶胶ꎬ聚集ꎬ脱酸处理后即得到SiO2纳米颗粒ꎮ崔媛等[9]采用共沉淀法制备出具有磁性的SiO2纳米微球ꎬ可实现药物传输及荧光标记诊断方面的磁导向ꎬ且在SiO2表面仍可继续修饰一些功能基团ꎬ有望成为一种多功能性优良药物载体材料ꎮ微乳液法是先制备出含一种反应物的微乳液ꎬ再往微乳液中加入另一种反应物ꎬ扩散ꎬ透过表面活性剂膜层ꎬ向反胶束中渗透ꎬ两种反应物相遇后发生反应ꎬ破乳㊁洗涤㊁过滤㊁干燥㊁煅烧ꎬ得到SiO2纳米粒子ꎮ魏伟等[10]利用反相微乳化法制备了5 ̄氟脲嘧啶缓释纳米颗粒ꎬ对人肝癌细胞具有明显的抑制效果ꎮ水热合成法是梁旭华等[11]以十六烷基三甲基溴化铵为模板ꎬ正硅酸乙酰为硅源ꎬ采用水热合成法制备MSNs 优良的缓控释药物载体ꎮ2㊀纳米二氧化硅在医药领域的应用㊀2.1㊀用于疾病的诊断㊀氨基官能化的介孔SiO2材料是有效的脱氧核糖核酸吸附剂ꎬDNA吸附在固体材料上可用于疾病的遗传诊断ꎬ基因传递和生物传感器等领域[12]ꎮMSNs可以作为磁共振造影剂应用于疾病的诊断ꎬ有望实现诊疗一体化[13]ꎮ张泽芳等[14]将氧化硅的前驱体与三嵌段共聚物连接成较小粒径的SiO2 ̄共聚物杂化纳米体系ꎬ并与疏水材料自组装ꎬ构建了极稳定的近红外发光纳米探针ꎬ可用于小动物的整体荧光成像和前哨淋巴结成像ꎬ在疾病诊断领域有良好的应用前景ꎮ2.2㊀用于疾病的治疗㊀2.2.1㊀肿瘤治疗㊀化疗是当前肿瘤治疗主要手段之一ꎮMSNs在肿瘤治疗领域具有许多优良特性ꎬ如pH敏感性可用于定位治疗[15]ꎻ化疗与热疗联合可提高治疗效率[16]ꎻSiO2纳米粒表面基团功能化可有助于药物精准释放ꎮ①pH响应的定位治疗ꎮ多柔比星(DOX)介孔SiO2纳米粒载药系统二氧化硅(DOX ̄MSN)具有显著的药物缓释作用和pH敏感性[17]ꎬ能在肿瘤细胞内部长时间滞留并缓慢持续释放药物ꎮ金新天等[18]先用氨基修饰载DOX的SiO2ꎬ海藻酸与表面氨基结合对介孔进行封堵以抑制药物的释放ꎬ从而可减少对正常细胞的影响ꎮ肿瘤细胞中环境偏酸性ꎬ此时海藻酸与氨基的静电作用减弱ꎬ海藻酸从介孔脱落ꎬ抗肿瘤药物顺利释放ꎬ最终达到治疗肿瘤的目的ꎬ此方法有望解决化疗药物的全身不良反应以及长期用药引发的耐药性问题ꎮ曹杰等[19]选择带负电荷的㊁溶解度和分子结构对pH均十分敏感的聚丙烯敏(PAA)作为封堵分子ꎬ采用静电吸附的修饰方法ꎬ将PAA修饰在氨基化的MSNs表面ꎬ制备了pH响应的MSNsꎮ梁樱等[20]实验采用多巴胺在高负载性的中空介孔SiO2表面聚合形成一层对pH敏感的薄膜ꎬ研究结果显示中空介孔SiO2比MSNs具有更高的载药率与释放速度ꎬ且可达到可控释放ꎬ在酸性环境下释放量远超过碱性环境ꎮ吉西他滨作为一种抗癌药物被加载到Fe3O4 ̄RF ̄mSiO2微球的中孔中ꎬ发现微球表现出pH响应特性ꎬ此研究为有效评估磁性核 ̄壳微球在药物输送和癌症治疗中的应用提供了有效途径[21]ꎮ②化疗与热疗联合的高效治疗ꎮ热疗是通过扰乱细胞膜或使蛋白变性ꎬ引发肿瘤细胞不可逆损伤ꎬ达到治疗肿瘤的目的[22]ꎮ史嫣楠等[23]以表面活性剂为模板ꎬ在金纳米星(goldnanostarꎬGNS)表面生长介孔二氧化硅(mSiO2)ꎬ合成GNS ̄mSiO2ꎬ用GNS ̄mSiO2运载抗肿瘤药物DOXꎮ酸性介质中ꎬ近红外光照射下ꎬGNS可将光能转化为热能ꎬ细胞内蛋白变性被杀死ꎬ且随着温度升高运载药物DOX的释放率大大提高ꎬ因此达到热疗与化疗联合治疗的效果ꎮ金新天等[18]将透明质酸(hyaluronicacidꎬHA)通过酰胺键结合在介孔硅表面充当 门卫 ꎬ使得所载药物在正常环境中不释放ꎬHA可有效识别结合表达CD44的肿瘤细胞ꎬ肿瘤细胞中富含HA酶ꎬ可降解HAꎬ药物载体在HA酶作用下实现选择性释放ꎬ达到靶向给药的目的ꎮ除此之外ꎬ此系统在近红外光照射下将光能转化成热能ꎬ结合光热治疗和化学治疗ꎬ提高肿瘤治疗效率ꎬ有望解决化疗药物的全身毒副作用和长期用药引发的耐药性问题ꎮ③纳米二氧化硅基团功能化的精准治疗ꎮHA官能化的中空介孔SiO2纳米颗粒呈现出更高的细胞摄取能力和肿瘤细胞毒性ꎬ该给药系统在癌症治疗领域具有巨大的潜力[24]ꎮZHAO等[25]将带正电的聚乙烯亚胺纳米颗粒通过二硫键接枝到中空介孔SiO2的孔口上ꎬ作为 守门人 将药物捕获在空心腔内ꎮ进一步将HA嫁接到中空介孔SiO2表面ꎬ载有中空介孔SiO2纳米颗粒表现出氧化还原和酶双重响应药物释放特性ꎬ且表现出优异的荧光性质和生物相容性ꎮCHO等[26]用对温度敏感的PEG/PCL多嵌段共聚物作为 守门员 对MSN进行了功能化ꎬ从而可以响应热休克刺激释放截留的药物ꎮDOX的释放是由于对热激刺激的 守门员 PEG/PCL结构的松动ꎮLIU等[27]将苯基硼酸缀合的人血清白蛋白嫁接到MSNs表面作为密封剂ꎬ建立肿瘤微环境响应性药物传递体系ꎮ2.2.2㊀抗菌治疗㊀SiO2微球表面可自动吸附和还原银离子ꎬ以其为载体ꎬ可合成绿色可循环使用㊁抑菌活性良好的SiO2银纳米材料[28]ꎮ利用SiO2包裹纳米银胶ꎬ再对SiO2/纳米银微球表面进行疏水性基团修饰ꎬ制备亲油性SiO2/纳米银微球ꎬ应用于抗菌大理石中ꎬ能明显提高大理石的抗菌活性值[29]ꎮ李炳坤等[30]以正硅酸乙酯为硅源ꎬ十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂ꎬ在氨水催化下制备得到树枝状SiO2微球ꎬ负载纳米银ꎬ抗菌效果大大提升ꎮ2.2.3㊀用于其他疾病的治疗㊀研究表明使用二氧化钛涂层的MSNs将药物递送至脉管系统可作为治疗心血管疾病的临床干预手段[31]ꎮJIANG等[32]用氨基修饰中孔SiO2颗粒ꎬ金属离子配位到中孔表面后ꎬ胰岛素通过与金属离子的配位键结合被加载到中孔SiO2颗粒上ꎬ可作为胰岛素的pH敏感释放载体ꎮ脂质 ̄聚合物杂化纳米颗粒用于利多卡因的递送ꎬ可以作为局部麻醉治疗中利多卡因负荷的有效药物系统[33]ꎮ3㊀用于天然产物的分离、运输及改性㊀许多天然产物本身具有很好的生物活性ꎬ有望作为药物的先导物进行开发研究ꎬ但水溶性极低㊁快速的系统清除㊁极易降解等特性ꎬ极大降低了它们的生物利用度ꎬ限制了临床应用ꎮ用SiO2纳米材料运载这些药物ꎬ可提高药物溶解度ꎬ改善稳定性ꎬ扩展其应用范围ꎮ以分子 ̄印迹技术为原理ꎬ采用溶胶 ̄凝胶法ꎬ制备白藜芦醇SiO2纳米粒表面分子印迹聚合物ꎬ对白藜芦醇具有较高的选择性和吸附性ꎬ可用于选择性分离富集白藜芦醇[34]ꎮ顾小丽等[35]研究发现相比沉淀聚合ꎬSiO2纳米粒表面聚合和介孔分子筛表面聚合法合成的黄芩苷分子印迹聚合物对黄芩苷具有最强的吸附能力ꎬ可用于高效分离富集黄芩苷ꎮ李娜等[36]制备的姜黄素MSNs载药系统显著改善了难溶性姜黄素的溶出度和溶出速率ꎬ为提高水难溶性药物的生物利用度提供了思路ꎮ4㊀结论与展望㊀MSNs已广泛应用于药物递送㊁疾病诊断㊁疾病治疗等领域ꎬ在实现缓控释药物释放㊁联合治疗以及精准治疗等方面表现出巨大的潜力ꎬ有望成为抗肿瘤药物研发的重点ꎮ尽管MSNs有多种优良特性ꎬ但其安全性和生产方面仍存在较多不确定性:①目前针对(修饰后)MSNs的急性毒性和慢性毒性的研究尚不透彻ꎬ除进行动物安全性实验外ꎬ还需增加人体内安全性实验ꎬ为MSNs在生物医药领域的应用提供保障ꎻ②MSNs虽有较高的载药量ꎬ但目前大规模生产是一个难题ꎬ亟待解决ꎻ③目前对于不同作用类型的MSNs的生物学评价还不够完善ꎬ有待进一步研究与评价ꎮ参考文献[1]㊀KRESGECTꎬLEONOWICZMEꎬROTHWJꎬetal.Orde ̄redmesoporousmolecularsievessynthesizedbyaliquid ̄crystaltemplatemechanism[J].Natureꎬ1992ꎬ6397(359):710-712.[2]㊀KECHTJꎬSCHLOSSBAUERAꎬBEINT.Selectivefunction ̄alizationoftheouterandinnersurfacesinmesoporoussilicananoparticles[J].ChemMaterꎬ2008ꎬ20(23):7207-7214. 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aie荧光分子杂化介孔二氧化硅杂化纳米微
球
AIE荧光分子杂化介孔二氧化硅纳米微球是一种具有特殊光学
性质的功能材料。
这种材料通常由两部分构成:
1.AIE荧光分子:这类分子在溶液状态下分散时荧光较弱或不发光,但当它们聚集在一起时,由于分子间相互作用,反而能够强烈发光。
这种特性使其在生物标记、传感器开发以及光电材料等领域有广泛应用前景。
2.介孔二氧化硅纳米微球:这是一种具有高度有序孔道结构的无机材料,孔径大小可调且比表面积大,有利于装载药物、荧光分子等客体分子,并能在保持其原有功能的同时提供良好的稳定性和生物相容性。
将AIE荧光分子与介孔二氧化硅纳米微球进行杂化,既可以利用二氧化硅纳米微球稳定的物理化学性质及可控的孔道结构,又可以利用AIE荧光分子独特的光学性能,从而获得一种新型高性能纳米材料,它在生物成像、药物传递、环境监测等多个领域都有潜在应用价值。
氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm【氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm的应用与研究】1. 引言氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm,作为一种重要的纳米材料,在生物医药、化学合成、材料科学等领域具有广泛的应用前景。
本文将深入探讨氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm的物理化学特性、制备方法、以及其在药物输送、生物标记和催化反应中的应用与研究情况。
2. 物理化学特性氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm具有较大的比表面积和孔容量,表面含有丰富的氨基官能团。
由于其粒径适中,具有良好的分散性和生物相容性,因此在生物医药领域备受关注。
氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm还具有可调控的孔径和孔道结构,为其在药物输送和催化反应中的应用提供了便利。
3. 制备方法目前,氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、模板法和原位合成法。
其中,溶胶-凝胶法可通过控制硅源和模板剂的种类、比例和条件来调控粒子的形貌和孔结构,制备出具有一定粒径和孔径的氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm。
4. 应用与研究在药物输送方面,氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm可作为载体,将药物吸附在其孔道内部,通过控制释放速率和改变表面性质,实现对药物的控制释放,提高药物的生物利用度和减少毒副作用。
氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm还可作为生物标记物,结合特定的靶向分子,用于生物成像和诊断。
在催化反应方面,氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm的大比表面积和丰富的表面活性位可作为催化剂的载体,具有较高的催化活性和选择性,可应用于有机合成、环境保护和能源转化等领域。
5. 个人观点与展望在未来,我对氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm的研究和应用充满期待。
随着纳米技术和材料科学的不断发展,我相信氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm将在生物医药、化学合成和环境领域发挥更大的作用,为人类健康和可持续发展作出更大的贡献。
6. 总结本文围绕氨基化介孔二氧化硅纳米粒子300nm展开了深入的探讨,从物理化学特性、制备方法到应用与研究,全面介绍了该纳米材料的重要性和潜在应用价值。
Hans Journal of Nanotechnology纳米技术, 2019, 9(3), 93-100Published Online August 2019 in Hans. /journal/nathttps:///10.12677/nat.2019.93011Application of Functionalized MesoporousSilica NanomaterialsZhengdong Yan*, Xiaolei Liang, Huiling Tang, Qiang XiaoKey Laboratory of the Ministry of Education for Advanced Catalysis Materials, Institution of AdvancedFluorine-Containing Materials, Zhejiang Normal University, Jinhua ZhejiangReceived: Jul. 28th, 2019; accepted: Aug. 9th, 2019; published: Aug. 16th, 2019AbstractMesoporous silica nanomaterials have a unique structure and are easy to be modified by surface functionalities. They can be combined with materials of different functions to form a new type of material with specific purposes and have a wide range of uses. In this review, we discuss several methods for synthesizing functionalized mesoporous silica and its special nanostructures. Com-bined with the latest literature, we introduced some applications of functionalized mesoporous si-lica nanoparticles in environmental protection, industrial catalysis, and as drug carriers.KeywordsMesoporous Silica, Nanomaterials, Functionalization, Application功能化介孔二氧化硅纳米材料的应用闫正东*,梁晓蕾,汤会玲,肖强浙江师范大学,含氟新材料研究所,先进催化材料教育部重点实验室,浙江金华收稿日期:2019年7月28日;录用日期:2019年8月9日;发布日期:2019年8月16日摘要介孔二氧化硅纳米材料结构独特,易于表面功能化修饰,能够结合不同功能的材料形成具有特定用途的新型材料,用途极为广泛。
这篇综述讨论了几种合成功能化介孔二氧化硅的方法,以及其特殊的纳米结构。
还结合最新文献,介绍了一些功能化介孔二氧化硅纳米粒子在环境保护、工业催化以及作为药物载体等领域的应用。
*通讯作者。
闫正东等关键词介孔二氧化硅,纳米材料,功能化,应用Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 引言根据国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)的定义,将多孔材料依据孔径大小分为微孔、介孔以及大孔三种,孔径小于2 nm为微孔(micropore),2~50 nm为介孔(mesopore),大于50 nm为大孔材料(macropore)。
自1992年孔道均匀、孔径可调的MCM-41型有序介孔氧化硅被报道以来[1],介孔SiO2纳米材料引起了世界各国科研工作者的重视。
随后通过各种途径合成的SiO2纳米材料已成为材料化学研究的前沿和热点,如MCM-48、SBA-15 [2][3]等具有各种孔道结构的氧化硅材料被广泛研究,介孔SiO2纳米材料具有广阔的商业前景和工业价值。
介孔二氧化硅纳米材料具有独特的纳米结构,比如规整的孔道结构,较高的比表面积,稳定的化学和机械强度[4][5],良好的生物相容性和易于表面功能化修饰[6][7][8]。
由于介孔二氧化硅纳米材料易于官能化的特点,通过官能化有机基团来形成有机无机-杂化的介孔材料能被更多地应用于生物医药,环境保护,工业催化,新能源等诸多领域。
本文结合最新文献,着重对药物载体、环境保护和工业催化中功能化介孔SiO2纳米材料的研究和应用进行了概述。
2. 功能化介孔SiO2纳米材料作为药物载体的应用自2001年Vallet-Regí等人第一次使用介孔二氧化硅纳米材料MCM-41作为药物载体,并发现MCM-41的介孔孔道对药物分子具有缓释作用以来[9],功能化介孔二氧化硅纳米材料作为药物载体得到诸多应用。
药物发挥药效需要两个因素,一是药物在病灶位置具有一定的浓度并保持一定的时间,介孔材料具有大的比表面积和比孔容,而且通过对表面的官能化处理可以达到对药物的控释,达到药效的持久性;二是药物到达病灶,对此研究人员发展出各种靶向给药和控制释放体系[10][11]。
介孔材料具有均匀可控的孔道和大的比表面积,可被有机官能团修饰及无明显的生物毒性等特点,这使其成为一种良好的药物载体,能够实现对药物的靶向给药和控制释放[12][13][14]。
Seema Saroj等[15]采用胺化和嫁接的方法,基于聚丙烯酸(PAA)链的羧基与氨基功能化MCM-41的氨基之间的酰胺化,合成了功能化介孔二氧化硅PAA-MSN,胺化和接枝的策略为亲水性和pH响应性PAA的MSN核心功能化奠定了重要基础。
他们研究了MCM-41-PAA作为在不同pH下加载和调节释放依托泊苷(ETS)的载体。
通过热重分析(TGA)显示PAA-MSN含有20.19%的接枝PAA,极大地提高了ETS 在水性介质中的溶解度。
ETS通过静电相互作用有效地加载到PAA-MSN的通道中。
细胞外肿瘤(6.8)和内部pH (5.5)的累积释放比血液pH (7.4)快得多。
对制备的纳米颗粒进行溶血研究,MTT测定结果显示载药的ETS-MCM-41-PAA 纳米颗粒对前列腺癌细胞(PC-3和LNCaP)的细胞毒性高于游离ETS。
结果证明PAA-MSN作为pH响应载体具有很大的潜力,在癌症治疗领域具有广阔的前景。
Yan等人[16]设计了一种pH敏感的介孔二氧化硅纳米粒子系统作为罗丹明B(RB)和阿霉素(DOX)的载体,用于化学–光动力学联合治疗。
图1显示了pH敏感性RB和DOX负载的介孔二氧化硅纳米粒子闫正东 等(MSNs-AH-DOX@RB)的合成过程和其对药物控制释放的功能。
pH 响应性DOX 层可以充当屏障以防止循环中内部有效负荷的泄漏。
这种化学–光动力学的药物输送系统可以增强RB 和DOX 向肿瘤细胞的递送,并通过使用单波长连续波激光照射促进协同化学光动力学治疗。
此外,多功能MSNs-AH-DOX@RB 在水溶液中具有高生物相容性和稳定性,从而有利于其临床癌症应用。
Figure 1. Schematic illustration to show the synthesis of the pH-sensitive RB and DOX loaded mesoporous silica nanopar-ticles (MSNs-AH-DOX@RB) and the function of controlled drug release图1. pH 敏感性RB 和DOX 负载的介孔二氧化硅纳米粒子(MSNs-AH-DOX@RB)的合成和药物控释功能的示意图Chen 等[17]报告了一种基于蛋白质修饰的介孔二氧化硅纳米粒子(MSN)的靶向药物控释系统。
在该系统中,转铁蛋白(Tf)通过氧化还原可裂解的二硫键接枝在MSN 的表面上,同时作为封端剂和靶向配体(图2)。
成功构建了具有有序介孔结构的均匀颗粒和Tf/MSN 杂化纳米载体。
发现了混合药物递送系统(DOX@MSNs-S-S-Tf)在不存在谷胱甘肽(GSH)的情况下释放缓慢,表明在正常生理环境中具有良好的封端效率和有限的药物过早泄漏。
由于在模拟的细胞内还原条件下二硫键的裂解和Tf 从表面分离,在GSH 存在下从MSN 中释放出更高量的DOX ,且释放速率随着GSH 的增加而增加。
表明Tf 具有良好封端效率和对DOX 的氧化还原响应释放。
由于生物相容的Tf 壳,杂合纳米载体在宽的浓度范围内表现出优异的生物相容性,并且在体外增强了对肿瘤细胞的细胞内积累和靶向能力。
这种多功能集成的操作和方法简便,在位点特异性、受控释放药物递送系统中潜力巨大,为基于MSN 的纳米容器的设计提供了新思路。
Figure 2. Schematic representation of drug loaded and transferrin capped MSNs (DOX@MSNs-S-S-Tf), and the re-dox-responsive drug release behavior图2. 转铁蛋白封端的MSN(DOX@MSNs-S-S-Tf)的合成和氧化还原响应药物释放行为的示意图闫正东等大量的研究表明,与传统的药物治疗方法相比,介孔二氧化硅纳米药物载体可以通过pH、温度、光照射和化学试剂等响应性靶向控制药物释放,极大地提高了药物的疗效。
3. 功能化介孔SiO2纳米材料在环境保护中的应用近年来,随着世界经济的快速发展和工业化进程不断加快,造成了全球气候变暖[18]、水资源被严重污染[19][20]等严峻的环境挑战。
功能化介孔二氧化硅纳米材料具有大的吸附容量和很强的吸附剂再生能力,这让他们在CO2吸附和污水处理等方面受到了科研工作者的青睐。
Dindar等人[21]用氨基丙基和N-丙基水杨基亚胺基团改性的功能化SBA-15介孔材料SBA/NH2和SBA/SA,用于净化水溶液中的Cr(VI),As(V)和Hg(II)离子。
提出了Cr(VI)和As(V)离子吸附过程的离子对形成机制和吸收Hg(II)的阳离子交换机制。