中國粉體網(wǎng)訊  碳納米管獨(dú)特的中空管結(jié)構(gòu)以及具有較為優(yōu)越的性能，一直以來得到人們的廣泛關(guān)注，人們致力于讓碳納米管更好的實(shí)現(xiàn)其自身價值為人們生活提供便利與服務(wù)，基團(tuán)修飾使碳納米管功能化或制備復(fù)合材料來更適應(yīng)人們的需求，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸廣闊，現(xiàn)階段碳納米管的應(yīng)用領(lǐng)域主要在傳感器、催化、機(jī)械、光電幾個方面。隨著碳納米管的研究逐漸深入，碳納米管的性質(zhì)及其優(yōu)越的性能也漸漸了解，研究者開始探究碳納米管在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。

碳納米管

碳納米管（CNTs）又稱巴基管，是由每個碳原子與周圍其他三個碳原子呈六邊形排列形成石墨烯片，并通過單層或多層卷曲而成的中空管狀材料。1991年，碳納米管被日本科學(xué)家飯島澄男首次發(fā)現(xiàn)，其特有的全碳結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性能，因而成為學(xué)術(shù)研究的熱門材料。

碳納米管的幾何結(jié)構(gòu)

（圖片來源：席蓓等.碳納米管催化劑載體的研究進(jìn)展）

碳納米管的分類

目前，碳納米管類型可分為單壁碳納米管（單層碳管結(jié)構(gòu)）與多壁碳納米管（多層碳管結(jié)構(gòu)）。單壁碳納米管由單個石墨烯組成，直徑通常為0.4~3.0nm，長度通常為20~1000nm；多壁碳納米管由多層石墨烯組成，直徑通常為1.4~100.0nm，長度通常為1~50μm。碳納米管的每個碳原子以sp²鍵結(jié)合，比金剛石中的sp³鍵更強(qiáng)，使得碳納米管具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如表面易修飾、能進(jìn)入細(xì)胞、生物相容性好、非免疫原性等。

碳納米管在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

碳納米管具有良好的細(xì)胞穿透性，作為載體時，在增加藥物負(fù)載率、提高藥物療效方面顯示出潛在的應(yīng)用價值。碳納米管特殊的性能和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，可共價鍵合不同種類的化學(xué)基團(tuán)，也可非共價偶聯(lián)多種生物大分子。經(jīng)不斷探索與研究，碳納米管在固定化酶載體、藥物緩釋載體以及復(fù)合材料抑菌等應(yīng)用方面取得一些進(jìn)展。

（1）碳納米管作為一種生物載體的應(yīng)用

碳納米管可以作為蛋白質(zhì)、基因和抗癌藥物等的生物載體，在生物醫(yī)藥方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景和潛力。Zhao等研究比較了3種不同直徑多壁碳納米管吸附牛血清蛋白的特征，發(fā)現(xiàn)直徑小于10nm的多壁碳納米管相比直徑為10~20nm和20~40nm的能吸附更多牛血清蛋白。Munk等將羧基化多壁碳納米管與質(zhì)粒DNA以5:1（質(zhì)量比）的比例混合，渦動孵育形成羧基化多壁碳納米管-質(zhì)粒DNA復(fù)合物，然后將含綠色熒光蛋白基因的質(zhì)粒DNA導(dǎo)入成纖維細(xì)胞，利用流式細(xì)胞儀、熒光成像和realtime PCR分析，證明羧基化多壁碳納米管可將質(zhì)粒DNA傳遞到牛原代成纖維細(xì)胞。

（2）碳納米管在固定化酶方向的應(yīng)用

固定化酶通常是把游離酶固定在較好性能的載體表面或者內(nèi)部，使酶活性保持或者升高，相比游離酶，固定化酶更能抵抗外界因素（溫度、pH）的影響，而且在固定化酶載體的作用下可以重復(fù)利用酶的催化性能。

碳納米管依據(jù)其自身的較為優(yōu)越的性能優(yōu)勢及獨(dú)特的中空管狀結(jié)構(gòu)，現(xiàn)也被用作固定化酶的載體。碳管獨(dú)特的中空管狀結(jié)構(gòu)給固定化酶帶來更多的接合位點(diǎn)。此外，碳納米管較易進(jìn)行表面功能化為固定化酶創(chuàng)造了有利條件。Mubarak等以功能碳納米管為載體，通過物理吸附固定纖維素酶，探究了固定化纖維素酶最適合酶催化反應(yīng)條件，結(jié)果為pH值為5，溫度50℃條件下最適合進(jìn)行酶促反應(yīng)，而且重復(fù)六次催化反應(yīng)固定化酶仍有保留原酶活的52%。

（3）碳納米管在藥物緩釋方向的應(yīng)用

在藥物緩釋方面，碳納米管管壁上sp²雜化碳原子可以非共價鍵結(jié)合含π電子的小分子藥物或利用氫鍵、范德華力、疏水親水等物理作用力使小分子藥物吸附在碳管表面實(shí)現(xiàn)碳納米管的藥物負(fù)載。碳納米管側(cè)壁斷裂的缺口或者碳管頂端端口處的sp³碳原子通過氧化形成羧基、羥基等基團(tuán)，功能化后可與藥物進(jìn)行共價鍵結(jié)合已完成藥物負(fù)載。大的比表面積與獨(dú)特的中空管體也為藥物提供了存儲空間結(jié)構(gòu)，使碳納米管為藥物負(fù)載方向奠定了基礎(chǔ)依據(jù)，使碳納米管作用于藥物載體運(yùn)輸方向成為可能。

史進(jìn)進(jìn)等使用多糖透明質(zhì)酸修飾功能化碳納米管利用非共價鍵原理結(jié)合小分子光敏劑卟啉單甲醚完成藥物的裝載，研究表明可以增強(qiáng)卟啉單甲醚的光學(xué)活性，而且可以達(dá)到增強(qiáng)協(xié)同殺傷腫瘤細(xì)胞，此外，根據(jù)高滲透長滯留效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)腫瘤靶向作用。

（4）碳納米管在抑菌方向的應(yīng)用

納米銀粒子是粒徑范圍在1-100nm之間的金屬納米微粒，銀的導(dǎo)電、導(dǎo)熱以及電池屏蔽性能、性能等都很突出，并且納米銀粒子具有廣譜的抗菌能力，納米銀抗菌性約為鋅物質(zhì)的一千倍。

在制備載銀碳納米管復(fù)合材料時，利用碳納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征及其相關(guān)優(yōu)勢的性能，碳納米管穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的存在，可使納米銀粒子有效得到分散，而且其復(fù)合材料力學(xué)、磁性、導(dǎo)電性能都會相應(yīng)提高。liu等用葡萄糖作還原劑以及保護(hù)劑制備了高分散銀納米顆粒碳納米管復(fù)合材料，通過抗菌性實(shí)驗(yàn)證實(shí)，一步法制備的銀接枝碳納米管復(fù)合材料對于大腸桿菌有更高的抗菌活性。

小結(jié)：

碳納米管在許多領(lǐng)域都已顯示出潛在的應(yīng)用前景。碳納米管的特殊結(jié)構(gòu)使其具有特殊的化學(xué)性質(zhì)，可以進(jìn)行各種修飾。近年來，越來越多的研究團(tuán)隊(duì)探索了將生物分子偶聯(lián)到碳納米管，在這過程中，如果能更好地通過功能化提高碳納米管在溶液中的分散性、穩(wěn)定性，增強(qiáng)組織相容性，以最大限度地提高其與生物分子的偶聯(lián)率和活性，這將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)碳納米管的有效利用。

參考來源：
1、席蓓，馬婧等.碳納米管催化劑載體的研究進(jìn)展
2、楊敏，張瑜等.碳納米管作為載體在生物醫(yī)學(xué)中的研究進(jìn)展
3、張闖.磁性碳納米管復(fù)合載體的制備及其應(yīng)用研究
4、雷鳴.可降解聚乙烯亞胺功能化磁性碳納米管基因載體的制備、表征及轉(zhuǎn)染研究
5、王元.碳納米管作為重組質(zhì)粒pEGFP-vp5基因轉(zhuǎn)運(yùn)載體的研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）

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