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《化学试剂》编委赵丽娇教授等:氮化硼纳米材料用于药物递送的研究进展


背景介绍

氮化硼(BN)纳米材料作为新一代药物载体,凭借其独特的结构特性和优异的物理化学性能,近年来已成为一类新型的药物递送体系。系统阐述了BN纳米管、纳米片及多孔材料的合成和药物递送的最新应用进展。研究表明,BN材料不仅具有超高的比表面积和卓越的生物相容性,更能通过表面功能化来实现智能响应释药,包括pH敏感、光热触发和磁性靶向等多种模式。通过创新的功能化修饰策略,如叶酸受体介导的主动靶向、聚乙二醇化改性和刺激响应聚合物包覆,BN纳米载体成功解决了传统递药系统靶向性差、毒副作用大等关键问题。


文章亮点

1.在肿瘤治疗领域,BN基载药系统展现出双重优势:既能显著提高药物在病灶部位的富集效率,又可实现微环境响应的可控释放,在载药量、靶向性和生物安全性等方面已取得重要进展,为突破血脑屏障等治疗瓶颈提供了新思路。

2.预期未来研究将开发出多功能集成化的BN载体,并探索其在基因治疗、免疫调节等新兴领域的应用,从而推动纳米医学向精准化、智能化方向发展,并为新型药物递送系统的设计开辟崭新途径。


内容介绍

1  BN纳米材料的合成方法

BN是一种人工合成的晶体化合物,其结构特征与石墨相似,其中硼和氮原子以交替排列的方式取代了碳原子的位置。BN能够在多种晶格结构中与碳形成同构体,其形态包括零维笼状结构、一维纳米管、二维纳米片以及三维类金刚石晶体结构。在BN的合成领域,研究人员已开发出多种制备方法,其中包括高温加压法、化学剥离法、冷冻干燥法、化学气相沉积法、硼墨法、微流化法以及液相剥离法等[11]。这些方法为BN的多样化应用提供了坚实的材料基础。以下总结概括了BN纳米管(BNNT)、BN纳米片(BNNS)和多孔BNPBN)的主要合成方法,如表1所示。

1.1  BNNT的合成

1.2  BNNS的合成

Wang等[39]在氨气环境下,通过对硼酸铵氢氧化物水合物前体进行高温退火,实现了无基底和无催化剂的BNNS制备。此外,无基底条件下,通过尿素和硼酸的直接化学反应也可制备BNNS[40]。高温CVD方法可以通过B2O3N2和三聚氰胺为原料,合成大量具有独特尺寸分布的h-BN纳米片[41],如图2所示。该合成路线具有无模板、低温简便和高产率等优点。“化学吹制”路线法也被用于高效制备BNNS,其特点是横向面积大且产量高[42]

1.3  PBN的合成

2 BN纳米材料用于药物靶向递送

纳米生物技术的革新推动了抗癌药物递送系统的快速发展,其中多种纳米载体被广泛应用,包括纳米片、纳米球、纳米管、纳米载体、微针、纳米胶囊、基于树枝状聚合物的脂质纳米颗粒以及胶束等。在众多生物医学应用的纳米系统中,碳基材料和BN基材料因其独特的物理化学性质,在过去几年中已成为药物递送领域的研究热点。本节将系统综述BNNT、BNNS以及PBN纳米材料在药物递送中的应用进展,如表2所示。


2.1  BNNT的药物递送特性及其应用

2.2  BNNS的药物递送特性及其应用

2.3  PBN的药物递送特性及其应用

PBN在结构上与活性炭相似,呈现乱层至无定形特征,由交替排列的硼和氮原子组成的六元环构成。其独特的物理化学性质,包括优异的热稳定性、丰富的表面化学特性以及高SSA,使其成为癌症治疗中极具潜力的药物递送载体。Weng[52]通过碳原子在石墨碳氮化物中的热取代反应直接合成了高水溶性的PBN,通过各种显微和光谱技术对所得PBN的结构和化学成分进行分析,证实了所得产物具有高羟基化度;并通过细胞实验,证实了这种高水溶性的PBN具有良好的生物相容性和抗癌药物装载、释放和递送的性能。Wang[53]以沸石咪唑骨架结构(ZIF-L)为模板,成功制备了具有花状结构的PBN碳(ZBCN)纳米材料(图6),该材料表面丰富的羟基使其在水溶液中表现出优异的分散性和稳定性,独特的花状结构赋予材料高达340 m²/gSSA1.03 cm³/g的孔隙体积丰富的介孔结构使其对紫杉醇(PTX)的负载能力达到116 wt%。体内抗肿瘤实验结果表明,ZBCN肿瘤抑制率达到58%,而且表现出低系统毒性和高生物安全性。


2.4  功能化BN纳米材料用于药物递送

 3 结论

BN纳米材料因其高比表面积、优异的生物相容性及可调控的物理化学性质,在药物递送领域展现出显著优势。本文系统综述了BNNTBNNSPBN的合成策略及其在肿瘤靶向治疗中的应用进展。研究表明,BNNT可通过外磁场调控实现药物的精准递送;BNNS因其pH/温度双重响应性,可有效适配肿瘤微环境;而PBN则凭借其高孔隙率及大比表面积,显著提升了载药效率。通过表面功能化修饰(如聚乙二醇化、叶酸或靶向肽偶联等),可进一步优化材料的分散性、载药性能及肿瘤靶向能力,从而降低对正常组织的毒副作用并增强治疗效果。