非對(duì)稱納米材料論文范文

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1非對(duì)稱納米材料的性質(zhì)

非對(duì)稱納米粒子的特殊非均質(zhì)結(jié)構(gòu)決定了其獨(dú)特的理化性質(zhì)，由此也為這種新型納米材料的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，尤其在生物納米技術(shù)領(lǐng)域。這種非對(duì)稱納米材料的獨(dú)特性質(zhì)主要包括表面雙親性、催化特性和生物相容性。下面將從這幾個(gè)方面進(jìn)行綜述。

1.1表面兩親性在水/油混合體系中，具有表面兩親性質(zhì)的固體納米粒子可以在兩相表面形成一層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的單分子層以阻止乳化液滴的聚并。由于非對(duì)稱粒子兩面不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因而對(duì)其表面活性的研究也曾一度引起廣泛的研究熱潮。Binks等對(duì)比研究了均質(zhì)粒子和非對(duì)稱粒子在油/水界面上的吸附性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，非對(duì)稱粒子可使Pickering乳液的穩(wěn)定性大大增高。相對(duì)于僅產(chǎn)生均一表面濕潤(rùn)性的粒子，非對(duì)稱粒子是具有兩面不同濕潤(rùn)性表面的新型粒子，并且也由此具備了典型的Pickering效應(yīng)和傳統(tǒng)表面活性劑的兩親性質(zhì)［4］。為進(jìn)一步探究非對(duì)稱粒子的兩親性，Glaser等運(yùn)用啞鈴狀A(yù)u-Fe3O4納米粒子在水相中乳化正己烷，并深入闡明了非對(duì)稱粒子的兩親性。實(shí)驗(yàn)通過(guò)配位體交換在Au的部分修飾正十二硫醇(DDT)和十八硫醇(ODT)以增加Au部分的疏水性，從而在整體上提高了粒子的兩親性質(zhì)。由于具有兩親性的非對(duì)稱粒子在界面上可通過(guò)自組裝以降低界面張力，從而增強(qiáng)乳濁液的穩(wěn)定性，因此在乳液體系中碳?xì)浠衔锱潴w修飾的Au部分因其非極性而朝向正己烷相，同時(shí)，極性分子Fe3O4則浸入水相中。實(shí)驗(yàn)證明，相對(duì)于相同粒徑和化學(xué)組成的均質(zhì)粒子，非對(duì)稱粒子具有更好的界面活性，并且其界面活性隨著粒子兩親性的增強(qiáng)而增強(qiáng)。最近一項(xiàng)研究表明，不同類型固體納米粒子在穩(wěn)定癸烷和水乳化液時(shí)，非對(duì)稱納米粒子表現(xiàn)了相對(duì)于均質(zhì)粒子更強(qiáng)的穩(wěn)定性，因此可以更有效地抑制分散相的聚并。通過(guò)觀察納米粒子對(duì)兩相液滴的乳化作用，F(xiàn)an等［6］通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型從機(jī)制的角度詳細(xì)比較了非對(duì)稱納米粒子和均質(zhì)納米粒子在穩(wěn)定Pickering乳液時(shí)的區(qū)別。結(jié)果表明，兩相界面上粒子的密度是穩(wěn)定Pickering乳液最關(guān)鍵的因素。當(dāng)密度足夠大時(shí)，三相接觸角可以作為區(qū)分粒子是否有效地穩(wěn)定乳化液的一種量度。當(dāng)以相同的密度和接觸角時(shí)，非對(duì)稱納米粒子在穩(wěn)定乳化液時(shí)表現(xiàn)出較均質(zhì)納米粒子更加有效。在生物質(zhì)精煉過(guò)程中，初產(chǎn)品的不相溶性和熱不穩(wěn)定性大大增加了純化過(guò)程的復(fù)雜度，從而導(dǎo)致得率降低，因此，一種既能夠在兩相界面上穩(wěn)定存在又同時(shí)具備催化性的材料應(yīng)運(yùn)而生。非對(duì)稱納米材料因其良好的兩親性可以有效穩(wěn)定水/油乳液，當(dāng)在其表面修飾催化劑時(shí)，這種材料便可以在兩相界面上進(jìn)行催化反應(yīng)，從而有效完成非均相的有機(jī)合成反應(yīng)，提高生物質(zhì)精煉的效率［7］。近年的研究表明，非對(duì)稱納米材料憑借優(yōu)越的表面活性，其多種應(yīng)用潛能已被開(kāi)發(fā)，如表面穩(wěn)定劑、增容劑以及防水紡織品等。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了在反應(yīng)性共混體系中增容兩種組分，通常需要使用嵌段共聚物作為增容劑，但由于大多數(shù)的嵌段共聚物不能吸附在界面上，并且在高剪切擠壓過(guò)程中容易丟失，因此很大程度上增加了共混聚合物的成本。然而，非對(duì)稱粒子因其表面雙親性質(zhì)有效避免了嵌段共聚物的缺點(diǎn)，因此可以代替嵌段共聚物成為一種新型增容劑。經(jīng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，非對(duì)稱粒子在聚合物共混體系中具有更高的增容效率［8］。Synytska等［9］還巧妙地利用了非對(duì)稱粒子的雙親性將其化學(xué)性修飾到纖維表面，從而開(kāi)發(fā)出新型的防水紡織品。

1.2催化特性近些年，科學(xué)家對(duì)于催化劑分子與納米粒子的結(jié)合研究已獲得一些進(jìn)展，如納米驅(qū)動(dòng)器、感應(yīng)器、納米泵以及自動(dòng)裝置的問(wèn)世。相應(yīng)復(fù)合材料的性質(zhì)及應(yīng)用也受到廣泛關(guān)注。研究人員發(fā)現(xiàn)，在氧化物載體上修飾金屬所形成的復(fù)合納米材料，相較于未修飾之前的單一組分納米材料具有更強(qiáng)的催化活性，并且這種復(fù)合粒子的催化性能還會(huì)因發(fā)生在金屬與氧化物接觸面上的協(xié)同效應(yīng)而增強(qiáng)。Wang等［10］用貴金屬和金屬氧化物制備出啞鈴狀的非對(duì)稱納米材料，并研究了該合成材料在氧化CO中的催化效率。結(jié)果表明，制備的Au-Fe3O4和Pt-Fe3O4非對(duì)稱粒子在氧化CO時(shí)表現(xiàn)了較單純的貴金屬材料(Au或Pt)更強(qiáng)的催化活性。類似地，在催化H2O2還原反應(yīng)時(shí)，Au-Fe3O4納米粒子也表現(xiàn)出很好的協(xié)同效應(yīng)，從而獲得增強(qiáng)的催化性能［11］。自1972年，由日本東京大學(xué)FujishimaA和HondaK兩位教授［45］首次報(bào)告發(fā)現(xiàn)TiO2單晶電極可以光催化分解水產(chǎn)生氫氣，從而開(kāi)辟了光解制氫的研究道路。隨著材料學(xué)的發(fā)展，納米化光催化劑得以實(shí)現(xiàn)。由此誕生的納米TiO2粒子憑借其較高的光催化活性成為當(dāng)前最有應(yīng)用潛力的一種光催化劑。但因其能帶限制，只有吸收波長(zhǎng)小于387.5nm的紫外光才能產(chǎn)生光生電子和空穴以誘發(fā)光催化反應(yīng)，這在很大程度上限制了TiO2光催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。為拓展TiO2光能利用效率，充分利用太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞TiO2改性做了大量研究［12］。由于貴金屬粒子在入射光電場(chǎng)作用下，其自由電子可產(chǎn)生集體振蕩，當(dāng)入射光子頻率與貴金屬納米粒子傳導(dǎo)電子的整體振動(dòng)頻率相匹配時(shí)，納米粒子會(huì)對(duì)光子能量產(chǎn)生很強(qiáng)的吸收作用，就會(huì)發(fā)生局域表面等離子體共振(localizedsurfaceplasmonresonance，LSPR)效應(yīng)。在Seh等［13］的研究中，制備的非對(duì)稱金-TiO2納米粒子可借助金的LSPR效應(yīng)有效促進(jìn)TiO2光解制氫。根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比核殼結(jié)構(gòu)的金-TiO2納米粒子可知，非對(duì)稱的金-TiO2納米粒子作為優(yōu)良的光催化劑在等離子體增強(qiáng)的可見(jiàn)光光解制氫的應(yīng)用中表現(xiàn)了較好的催化效率。類似地，利用TiO2的光催化性質(zhì)，非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的金-TiO2納米粒子還被應(yīng)用在光催化甲醇氧化生產(chǎn)甲醛的反應(yīng)中［14］。納米粒子可以通過(guò)將環(huán)境中的自由化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能從而使其獲得自身動(dòng)力。作為貴金屬之一的鉑是一種良好的金屬催化劑。它可以催化過(guò)氧化氫生成水和氧氣，因此制得的鉑-金非對(duì)稱金屬納米棒在過(guò)氧化氫水溶液中通過(guò)催化反應(yīng)可獲得自發(fā)動(dòng)力。實(shí)驗(yàn)顯示，在過(guò)氧化氫溶液中該納米棒可以30μm/s的速度進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)。在類似的實(shí)驗(yàn)中，Ozin和他的同事［16］也觀察到鎳-金納米棒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在對(duì)非對(duì)稱納米粒子的催化動(dòng)力機(jī)制的研究中，Wang等［17］制備的修飾有過(guò)氧化氫酶的金-吡咯非對(duì)稱納米棒在H2O2溶液中也呈現(xiàn)出一定的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。Howse等在前人的研究基礎(chǔ)上對(duì)非對(duì)稱粒子催化動(dòng)力機(jī)制進(jìn)行了深入探索，他們?cè)诰郾揭蚁┪⑶虻陌朊嫔习擦算K金屬材料，并利用鉑對(duì)過(guò)氧化氫的催化還原作用而使其獲得自發(fā)動(dòng)力。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在短時(shí)間內(nèi)，非對(duì)稱形態(tài)的粒子呈現(xiàn)出定向運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速率隨著環(huán)境中底物分子濃度的升高而增大。由此構(gòu)建的趨化系統(tǒng)也為非對(duì)稱納米粒子的實(shí)際應(yīng)用提供了新的方向。之后，在Sen和Chaturvedi等的進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)，具有催化性的非對(duì)稱粒子在紫外線照射和H2O2的環(huán)境中還表現(xiàn)出一定的趨光性［19，20］。基于非對(duì)稱材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和多種性質(zhì)的相輔相成，這種新型復(fù)合粒子為進(jìn)一步的材料創(chuàng)新以及應(yīng)用開(kāi)發(fā)都提供了良好的基礎(chǔ)和平臺(tái)。從近年的研究熱度和方向可見(jiàn)，具有催化性的非對(duì)稱納米粒子，在化學(xué)和生物領(lǐng)域都具有很大的應(yīng)用潛力。

1.3生物相容性基于亞細(xì)胞的尺寸大小，納米粒子被廣泛應(yīng)用于生物領(lǐng)域，如細(xì)胞標(biāo)記和成像。當(dāng)納米材料被應(yīng)用于生物體內(nèi)時(shí)，該材料或結(jié)合在細(xì)胞表面，或經(jīng)吞噬作用和巨胞飲作用內(nèi)化到細(xì)胞內(nèi)。研究表明，在納米粒子與細(xì)胞或胞外環(huán)境之間通常會(huì)產(chǎn)生一些生物效應(yīng)，這些生物效應(yīng)的發(fā)生主要由納米粒子的物理化學(xué)性質(zhì)(尺寸、形狀、表面性質(zhì))所決定，并由此產(chǎn)生生物相容性或其他生物效應(yīng)。為了使納米材料在生物體內(nèi)更好地發(fā)揮其預(yù)期作用，研究者們認(rèn)為，良好的生物相容性是一個(gè)至關(guān)重要的前提條件。經(jīng)大量研究發(fā)現(xiàn)，SiO2、羥磷灰石(HAP)［23］、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)以合適的物理化學(xué)性質(zhì)修飾于材料表面時(shí)，可使材料引入官能基團(tuán)從而獲得較高的生物相容性。因此，無(wú)論是對(duì)稱或非對(duì)稱納米材料，其表面如果修飾這些試劑，理論上都是可以獲得較好的生物相容性。在了解到聚丙烯酸和聚丙烯酰胺-丙烯酸在人體試驗(yàn)中均表現(xiàn)了良好生物相容性后，Yoshida等創(chuàng)新性地將這兩種試劑利用化學(xué)反應(yīng)制成具有兩相性的非對(duì)稱納米膠體，并在兩部分材料中分別修飾了生物素和異硫氰酸熒光素，進(jìn)而可將鏈霉親和素特異性結(jié)合在材料表面。經(jīng)進(jìn)一步的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，這種非對(duì)稱納米膠體在較寬的劑量范圍內(nèi)仍保持很好的生物相容性。在最近一項(xiàng)研究中，非對(duì)稱納米材料Au@MnO因同時(shí)具備磁性和光學(xué)性的雙功能而成為高通量檢測(cè)的研究重點(diǎn)。但是MnO因自身帶有一定的細(xì)胞毒性阻礙了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。為了解決這一問(wèn)題，科學(xué)家們將SiO2包覆在暴露的MnO部分，通過(guò)改變非對(duì)稱材料的表面修飾，從而使這一非對(duì)稱納米材料(Au@MnO@SiO2)在之后的細(xì)胞活力實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)了較好的生物相容性，并降低了細(xì)胞毒性，從而擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。

2基于非對(duì)稱納米材料的生物探針構(gòu)建及其應(yīng)用研究

作為多功能納米材料，非對(duì)稱納米粒子的大多數(shù)應(yīng)用都得益于它可調(diào)控的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的表面特性。隨著非對(duì)稱納米粒子制備方法的多樣化，其在各領(lǐng)域的應(yīng)用潛能被不斷開(kāi)發(fā)，尤其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。由于在非對(duì)納米粒子的兩部分獨(dú)立表面上可以分別修飾配體或蛋白質(zhì)等生物大分子，由此構(gòu)建的多功能生物探針已被廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷上，如生物傳感器和靶向藥物運(yùn)載系統(tǒng)等。

2.1生物傳感由于非對(duì)稱納米粒子具有獨(dú)特的理化性質(zhì)，因此可經(jīng)多種修飾而獲得良好的生物傳感性能。具有精確生物傳感能力的納米探針對(duì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重大意義。Wu等［28］制備的非對(duì)稱金-聚苯乙烯納米粒子就同時(shí)具備了細(xì)胞特異性靶標(biāo)和生物傳感功能。由于修飾在聚苯乙烯半面上的抗HER-2抗體可以與BT474人乳腺癌細(xì)胞表面的HER-2受體特異性結(jié)合來(lái)靶標(biāo)細(xì)胞，同時(shí)又通過(guò)對(duì)金半面的表面增強(qiáng)拉曼散射圖譜來(lái)傳感目標(biāo)細(xì)胞，從而提高了癌細(xì)胞檢測(cè)的靈敏度。Villalonga等［29］運(yùn)用非對(duì)稱納米粒子成功設(shè)計(jì)出一種尿素傳感系統(tǒng)。在這種非對(duì)稱納米粒子的金表面修飾上脲酶，同時(shí)在介孔硅材料表面包覆上一種pH感應(yīng)門(mén)控(pH-responsivegate)物質(zhì)，當(dāng)這一生物探針在環(huán)境中遇到尿素時(shí)，金部分?jǐn)y帶的脲酶就會(huì)專一性分解尿素，導(dǎo)致環(huán)境中pH值升高，進(jìn)而打開(kāi)pH感應(yīng)門(mén)控以實(shí)現(xiàn)傳感效應(yīng)。在哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，多巴胺是一個(gè)非常重要的神經(jīng)遞質(zhì)，因而對(duì)這種神經(jīng)遞質(zhì)的定量檢測(cè)也引起了研究人員濃厚的興趣。目前，利用多巴胺在電極上的電化學(xué)催化氧化作用進(jìn)行的檢測(cè)最為普遍。但由于電極表面會(huì)因氧化產(chǎn)生污物以及來(lái)自抗壞血酸聯(lián)合氧化形成的干擾都對(duì)多巴胺的檢測(cè)效率構(gòu)成了一定的負(fù)面影響。最近的一項(xiàng)研究顯示，將非對(duì)稱金納米團(tuán)簇修飾在玻璃碳電極上制得的多巴胺電化學(xué)傳感器在多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中均表現(xiàn)了較高的催化活性從而有效降低了多巴胺檢測(cè)限。在多巴胺的電化學(xué)反應(yīng)中，非對(duì)稱納米團(tuán)簇作為一種氧化還原介質(zhì)可有效促進(jìn)團(tuán)簇與玻璃碳電極間的電子轉(zhuǎn)移，以增強(qiáng)多巴胺的電化學(xué)催化氧化，從而提高了多巴胺的檢測(cè)靈敏度和效率［30］。類似的研究發(fā)現(xiàn)，為構(gòu)建一個(gè)生物識(shí)別-效應(yīng)系統(tǒng)，在非對(duì)稱金-介孔硅納米粒子的兩部分分別修飾上鏈霉親和素和辣根過(guò)氧化物酶(HRP)，當(dāng)該探針特異性地結(jié)合在修飾了生物素的金電極上時(shí)，由于固定化的HRP在電化學(xué)反應(yīng)中可轉(zhuǎn)化環(huán)境中H2O2從而產(chǎn)生電分析信號(hào)，之后由循環(huán)伏安曲線來(lái)表征這一傳感效應(yīng)。多模態(tài)成像是生物醫(yī)學(xué)診療中的一項(xiàng)重要的傳感手段。通過(guò)標(biāo)記生物熒光物質(zhì)或量子點(diǎn)的成像探針在細(xì)胞靶標(biāo)和分子檢測(cè)中已廣泛應(yīng)用。得益于局部表面等離子體共振現(xiàn)象，貴金屬納米粒子以及包含貴金屬的復(fù)合納米顆粒具有優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)，因而可用于光學(xué)傳感［32］。Sotiriou等將Fe3O4/Ag非對(duì)稱粒子標(biāo)記特異性抗體后，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中暗場(chǎng)熒光測(cè)試結(jié)果表明，攝取Fe3O4/Ag粒子的Raji和Hela細(xì)胞顯示出較強(qiáng)的熒光信號(hào)，與未經(jīng)該材料處理的Raji和Hela細(xì)胞形成強(qiáng)烈的反差，說(shuō)明Fe3O4/Ag非對(duì)稱粒子能夠很好地應(yīng)用于細(xì)胞標(biāo)記和生物成像中。根據(jù)量子點(diǎn)的熒光性質(zhì)，Selvan等制備了表面包覆SiO2的Fe3O4/CdSe非對(duì)稱二聚體，之后將聚乙二醇(PEG)修飾在復(fù)合粒子表面，PEG的親油基團(tuán)暴露在表面以便于細(xì)胞膜標(biāo)記。將表面改性后的復(fù)合粒子用于活體細(xì)胞膜的特定標(biāo)記，激光共聚焦掃描顯微鏡結(jié)果顯示，經(jīng)磁性粒子標(biāo)記后小鼠乳腺癌細(xì)胞顯示出較好的熒光特性，從而證實(shí)了Fe3O4/CdSe粒子在體內(nèi)成像上的應(yīng)用。

2.2靶向運(yùn)載非對(duì)稱復(fù)合納米粒子因其兩面性在藥物靶向輸送方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值，有的已步入臨床研究階段，因此成為當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)中熱門(mén)的研究課題之一。眾所周知，含鉑化合物是一類常用的抗癌藥物。因其對(duì)腫瘤細(xì)胞識(shí)別力差而引起較大的毒副作用，多項(xiàng)研究已致力于將其載帶于具有靶向功能的納米材料上。在一項(xiàng)研究中，磁性介孔磷酸鈣納米材料表面可經(jīng)化學(xué)反應(yīng)修飾上—COOH，之后，研究者將含鉑化合物、—NH2化的靶向分子葉酸和熒光標(biāo)記物羅丹明B分別經(jīng)化學(xué)交聯(lián)而結(jié)合在材料表面。經(jīng)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，該靶向運(yùn)載系統(tǒng)在Hela細(xì)胞中表現(xiàn)了較高的特異性和殺傷力，從而也驗(yàn)證了傳統(tǒng)的對(duì)稱納米材料在靶向運(yùn)載功能上的應(yīng)用可行性［36］。而以兩面性和多功能為主要特點(diǎn)的非對(duì)稱納米材料，在合適的設(shè)計(jì)下亦可作為靶向運(yùn)載的工具。Sun等［37］利用Au-Fe3O4非對(duì)稱復(fù)合結(jié)構(gòu)的各向異性表面特性及多功能單元，設(shè)計(jì)了具有靶向輸送含鉑藥物的新型多功能載體。以共價(jià)鍵的形式將含鉑化合物的藥物和具有靶向作用的HER-2特異性抗體分別連接到復(fù)合結(jié)構(gòu)中的金顆粒和Fe3O4顆粒表面，通過(guò)對(duì)化學(xué)連接方式的設(shè)計(jì)使含鉑化合物在低pH值條件下釋放，從而可以一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)癌細(xì)胞的選擇性殺傷。相較于單一性即傳統(tǒng)的對(duì)稱納米材料，非對(duì)稱的Au-Fe3O4材料本身就兼具了示蹤信息:磁性和光學(xué)性，因而無(wú)需標(biāo)記其他示蹤物，從而簡(jiǎn)化了修飾過(guò)程。此外其非對(duì)稱表面的生物修飾相對(duì)獨(dú)立，更有利于實(shí)現(xiàn)藥物分子的可控設(shè)計(jì)和監(jiān)控。類似地，在利用非對(duì)稱金-聚苯乙烯納米粒子特異性靶標(biāo)并傳感人乳腺癌細(xì)胞時(shí)，Wu等也提到可以在聚苯乙烯表面通過(guò)疏水性吸附將藥物固定在功能載體上，以達(dá)到高效治療的目的。最近，Wang等［38］基于具有典型非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯-四氧化三鐵-氧化硅三元復(fù)合體系，在聚合物和氧化硅組分表面分別修飾上不同的化學(xué)基團(tuán)，并且借由功能基團(tuán)的選擇性分別連接上靶向分子葉酸和化療藥物DOX，從而制備了具有靶向和pH值敏感的控釋藥物載體(圖2)。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該載體具有良好的腫瘤細(xì)胞靶向效果。Sahoo等運(yùn)用傳統(tǒng)的對(duì)稱納米材料，也設(shè)計(jì)出一種以葉酸為靶向載帶藥物DOX的運(yùn)載系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)主要是以多功能的MnFe2O4納米粒子作為載體，通過(guò)SiO2包覆形成核殼復(fù)合體，后經(jīng)表面修飾和造孔劑作用使得這一載體表面具備官能基團(tuán)和多孔性，葉酸分子可通過(guò)表面官能基團(tuán)連接于載體上，而DOX則可載入表面多孔中。這一精良設(shè)計(jì)使得該運(yùn)載系統(tǒng)獲得了較好的靶向運(yùn)載效力。與這一DOX運(yùn)載系統(tǒng)相比，雖然非對(duì)稱納米材料在靶向運(yùn)載效力或是設(shè)計(jì)程序的復(fù)雜程度上并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，但是Wang等的非對(duì)稱復(fù)合材料可因連接DOX的pH感應(yīng)門(mén)控而實(shí)現(xiàn)DOX的可控釋放。由此可見(jiàn)，非對(duì)稱納米粒子可以有效實(shí)現(xiàn)靶向基團(tuán)和載帶藥物分步地附著于粒子表面，從而使得這種材料的表面生物修飾具有更好的獨(dú)立性和可控性。這種通過(guò)復(fù)合材料的兩個(gè)獨(dú)立表面及其表面基團(tuán)來(lái)設(shè)計(jì)多功能納米診療系統(tǒng)的新思路，可以擴(kuò)展到其他不同組分的非對(duì)稱復(fù)合材料體系，并可能用于其他生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。作為靶向運(yùn)載系統(tǒng)，非對(duì)稱納米材料還可以應(yīng)用在基因治療(genetherapy)方面。基因治療是指將外源正常基因?qū)氚屑?xì)胞，以糾正或補(bǔ)償缺陷基因，達(dá)到治療目的。Salem等在非對(duì)稱Au-Ni納米棒表面分別化學(xué)性修飾上靶向配體和DNA質(zhì)粒從而設(shè)計(jì)出一個(gè)靶向基因運(yùn)載系統(tǒng)。修飾在Au表面的轉(zhuǎn)鐵蛋白作為靶向物質(zhì)可以有效捕捉到細(xì)胞，同時(shí)由于結(jié)合在Ni部分的質(zhì)粒DNA具有編碼熒光素蛋白酶和綠色熒光蛋白的基因，因此經(jīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)后，激光共聚焦掃描顯微鏡的結(jié)果證明了靶向基因運(yùn)載系統(tǒng)的有效性，從而為這種復(fù)合材料的進(jìn)一步臨床應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2.3基因疫苗基因疫苗指的是DNA疫苗，即將編碼外源性抗原的基因插入到含真核表達(dá)系統(tǒng)的質(zhì)粒上，然后將質(zhì)粒直接導(dǎo)入人或動(dòng)物體內(nèi)，讓其在宿主細(xì)胞中表達(dá)抗原蛋白，誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答。一項(xiàng)研究表明，修飾有外源DNA的非對(duì)稱無(wú)機(jī)納米棒可作為一種基因瞬時(shí)表達(dá)的載體，當(dāng)其導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)以后，外源DNA和宿主細(xì)胞染色體DNA不發(fā)生整合就可直接表達(dá)為抗原蛋白。與其他無(wú)機(jī)非病毒載體不同的是，這些納米棒可以在空間特定區(qū)域上修飾不同的功能基團(tuán)，以提供精確控制的抗原［40］。因此，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)這種特殊材料的應(yīng)用潛能，相關(guān)研究應(yīng)首先證實(shí)這一新型疫苗載體可以在體內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)。Salem等運(yùn)用基因槍法將攜帶有模式抗原的非對(duì)稱Au-Ni納米棒導(dǎo)入小鼠體內(nèi)，結(jié)果觀察到很強(qiáng)的抗體反應(yīng)和CD8+T細(xì)胞反應(yīng)。由于免疫刺激佐劑效應(yīng)(immunostimulatoryadjuvanteffect)，修飾在納米棒Ni部分的pcDNA3可以增強(qiáng)結(jié)合在Au部分上抗原的免疫原性，從而有效增強(qiáng)了免疫應(yīng)答的強(qiáng)度［41］。這項(xiàng)研究也為非對(duì)稱納米材料在接種疫苗領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用提供了研究基礎(chǔ)。

2.4殺菌劑在臨床上，細(xì)菌感染是一項(xiàng)可引起較高死亡率并增加醫(yī)療成本的嚴(yán)重問(wèn)題。然而隨著細(xì)菌抗藥性的發(fā)現(xiàn)和不斷增強(qiáng)，探索新型殺菌劑的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用成為研究熱點(diǎn)。Lee等［42］的研究表明，銀納米粒子對(duì)多種革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌均表現(xiàn)了較強(qiáng)的殺菌效果，因而成為一種高效的新型抗菌劑。然而，銀納米粒子較強(qiáng)的團(tuán)聚效應(yīng)、易氧化性和較高表面能等缺陷也限制了這種抗菌劑的實(shí)際應(yīng)用。之后，圍繞增強(qiáng)銀納米殺菌劑的穩(wěn)定性和殺菌力的研究進(jìn)一步展開(kāi)。其中，利用非對(duì)稱納米材料和銀納米粒子復(fù)合形成的抗菌劑表現(xiàn)了較好的殺菌效果。由Zhang等制備的Fe3O4-SiO2非對(duì)稱納米棒因其優(yōu)越的生物相容性而成為殺菌劑良好的修飾材料。Fe3O4-SiO2非對(duì)稱納米棒因結(jié)合了兩個(gè)部分材料的性質(zhì)而同時(shí)具備較強(qiáng)的磁性和溫和的表面修飾性能，因此由其與銀納米粒子結(jié)合形成的復(fù)合材料便成為一種可回收的高效殺菌劑。通過(guò)抑菌實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Ag@Fe3O4-SiO2對(duì)大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的最低抑菌濃度分別為0.90μg/mL和1.35μg/mL，明顯低于單一的銀納米粒子。之后的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，修飾了銀納米粒子的非對(duì)稱納米棒作為一種新型殺菌劑，具有相對(duì)較好的分散性和穩(wěn)定性，更重要的是具備了更加有效且持久的殺菌力。

3展望

非對(duì)稱納米材料由于特殊的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的理化性質(zhì)成為現(xiàn)今納米材料的研究熱點(diǎn)。本文對(duì)非對(duì)稱納米材料的表面活性、催化特性以及生物相容性方面的研究作了總結(jié)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了這種新型納米材料在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用，如生物傳感、藥物靶向運(yùn)載、基因疫苗和殺菌劑。非對(duì)稱納米材料因其結(jié)合了雙組分的結(jié)構(gòu)特征和性質(zhì)特點(diǎn)從而在多種應(yīng)用中具備協(xié)同效應(yīng)，同時(shí)，相對(duì)于單一組分的納米材料，非對(duì)稱材料在表面活性、催化性、生物傳感等方面均有增強(qiáng)效應(yīng)。盡管非對(duì)稱納米材料的研究已有較快的發(fā)展，但是仍然有一些難題尚未解決，其中最大的挑戰(zhàn)就是針對(duì)特定的應(yīng)用去設(shè)計(jì)非對(duì)稱納米粒子的組成、尺寸和表面修飾，并采用簡(jiǎn)便、穩(wěn)定的方法實(shí)現(xiàn)批量的制備，尤其在大批量合成和提高產(chǎn)物的均勻性方面還需進(jìn)一步的研究。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)具有更加復(fù)雜形貌和結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱納米粒子，并將其應(yīng)用到更多的領(lǐng)域?qū)⑹俏磥?lái)的研究熱點(diǎn)。目前，非對(duì)稱納米材料在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用還很少有報(bào)道。Suci等［44］在相關(guān)研究中運(yùn)用非對(duì)稱粒子設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠靶向檢測(cè)金黃色葡萄球菌的系統(tǒng)，初步探索了這種新型材料在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用可行性。鑒于該材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)，我們相信這種多功能納米材料在食品領(lǐng)域的應(yīng)用將是一個(gè)亟待探索與創(chuàng)新的研究課題。

作者：杜娟盧瑛王祎龍郭桂萍潘迎捷單位：上海海洋大學(xué)食品學(xué)院農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程與納米科學(xué)研究院南通出入境檢驗(yàn)檢疫局