中國粉體網訊 碳納米管獨特的中空管結構以及具有較為優越的性能，一直以來得到人們的廣泛關注，人們致力于讓碳納米管更好的實現其自身價值為人們生活提供便利與服務，基團修飾使碳納米管功能化或制備復合材料來更適應人們的需求，其應用領域也逐漸廣闊，現階段碳納米管的應用領域主要在傳感器、催化、機械、光電幾個方面。隨著碳納米管的研究逐漸深入，碳納米管的性質及其優越的性能也漸漸了解，研究者開始探究碳納米管在生物醫藥領域的應用。
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家飯島澄男首次發現，其特有的全碳結構具有優良的物理和化學性能，因而成為學術研究的熱門材料。
碳納米管的幾何結構
（圖片來源：席蓓等.碳納米管催化劑載體的研究進展）
碳納米管的分類
目前，碳納米管類型可分為單壁碳納米管（單層碳管結構）與多壁碳納米管（多層碳管結構）。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鍵結合，比金剛石中的sp3鍵更強，使得碳納米管具有獨特的物理化學性質，如表面易修飾、能進入細胞、生物相容性好、非免疫原性等。
碳納米管在生物醫藥領域的應用
碳納米管具有良好的細胞穿透性，作為載體時，在增加藥物負載率、提高藥物療效方面顯示出潛在的應用價值。碳納米管特殊的性能和獨特的結構，可共價鍵合不同種類的化學基團，也可非共價偶聯多種生物大分子。經不斷探索與研究，碳納米管在固定化酶載體、藥物緩釋載體以及復合材料抑菌等應用方面取得一些進展。
（1）碳納米管作為一種生物載體的應用
碳納米管可以作為蛋白質、基因和抗癌藥物等的生物載體，在生物醫藥方面表現出良好的應用前景和潛力。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，發現直徑小于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粒DNA以5:1（質量比）的比例混合，渦動孵育形成羧基化多壁碳納米管-質粒DNA復合物，然后將含綠色熒光蛋白基因的質粒DNA導入成纖維細胞，利用流式細胞儀、熒光成像和realtime PCR分析，證明羧基化多壁碳納米管可將質粒DNA傳遞到牛原代成纖維細胞。
（2）碳納米管在固定化酶方向的應用
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利用酶的催化性能。
碳納米管依據其自身的較為優越的性能優勢及獨特的中空管狀結構，現也被用作固定化酶的載體。碳管獨特的中空管狀結構給固定化酶帶來更多的接合位點。此外，碳納米管較易進行表面功能化為固定化酶創造了有利條件。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條件，結果為pH值為5，溫度50℃條件下最適合進行酶促反應，而且重復六次催化反應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現碳納米管的藥物負載。碳納米管側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，功能化后可與藥物進行共價鍵結合已完成藥物負載。大的比表面積與獨特的中空管體也為藥物提供了存儲空間結構，使碳納米管為藥物負載方向奠定了基礎依據，使碳納米管作用于藥物載體運輸方向成為可能。
史進進等使用多糖透明質酸修飾功能化碳納米管利用非共價鍵原理結合小分子光敏劑卟啉單甲醚完成藥物的裝載，研究表明可以增強卟啉單甲醚的光學活性，而且可以達到增強協同殺傷腫瘤細胞，此外，根據高滲透長滯留效應可以實現腫瘤靶向作用。
（4）碳納米管在抑菌方向的應用
納米銀粒子是粒徑范圍在1-100nm之間的金屬納米微粒，銀的導電、導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的一千倍。
在制備載銀碳納米管復合材料時，利用碳納米管獨特的結構特征及其相關優勢的性能，碳納米管穩定結構的存在，可使納米銀粒子有效得到分散，而且其復合材料力學、磁性、導電性能都會相應提高。liu等用葡萄糖作還原劑以及保護劑制備了高分散銀納米顆粒碳納米管復合材料，通過抗菌性實驗證實，一步法制備的銀接枝碳納米管復合材料對于大腸桿菌有更高的抗菌活性。
小結：
碳納米管在許多領域都已顯示出潛在的應用前景。碳納米管的特殊結構使其具有特殊的化學性質，可以進行各種修飾。近年來，越來越多的研究團隊探索了將生物分子偶聯到碳納米管，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、穩定性，增強組織相容性，以最大限度地提高其與生物分子的偶聯率和活性，這將進一步實現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展
2、楊敏，張瑜等.碳納米管作為載體在生物醫學中的研究進展
3、張闖.磁性碳納米管復合載體的制備及其應用研究
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、表征及轉染研究
5、王元.碳納米管作為重組質粒pEGFP-vp5基因轉運載體的研究
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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