有机/无机杂化纳米生物材料的调控与医学应用取得阶段性进展

介孔氧化硅基无机纳米生物材料具有高的药物负载量、良好的热/化学稳定性、易于化学改性和良好的生物相容性,在药物靶向输运、分子影像、组织工程等领域显示出优异的性能和广阔的应用前景,近年来成为纳米生物技术领域的研究热点之一。然而与传统的有机质材料相比,介孔氧化硅的化学组成为稳定的Si-O-Si网络结构,降解性较差。在化疗时一般需要间断性持续给药,因此其较慢的降解速度可能引起载体在体内的累积,从而带来较大的长期安全风险。如何实现介孔氧化硅与有机质材料相媲美的生物降解性和生物安全性对于推动其后续临床试验的开展具有重要的意义。

针对如何提高介孔氧化硅基无机纳米生物材料的生物相容性的研究课题,中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林研究员带领的课题组设计与制备出一类在分子层次高度有机/无机杂化的介孔有机硅空心纳米粒子,系统研究了其生物学特性和药物输运性能。该研究结果近期发表在国际著名学术期刊《Advanced Materials》上。

该研究基于纳米合成化学,在分子层次调控介孔氧化硅的化学组成,创新地采用氧化硅刻蚀化学设计与制备多种功能性有机官能团桥连、分子层次有机/无机高度杂化的介孔有机硅空心纳米粒子。该纳米粒子在介孔壁上的硅墙体中,含有与硅相连的有机基团做桥梁的氧化硅组分,因此具有硅和有机基团的双重特性。高负载率的有机基团分布以及有机基团引起的表面性质多样化使得这类材料比纯介孔氧化硅材料具有独特的优势。例如该粒子相比于传统的介孔氧化硅具有更加可控的降解性和优异的血液/组织相容性。此外,研究结果首次证实该纳米粒子可以高效地负载、并在肿瘤细胞中输送抗肿瘤细胞转移药物,达到降低化疗药物毒副作用和抑制癌细胞转移等多重目的。

该研究发展的氧化硅刻蚀工艺,方法简单,易于大规模生产。采用制备工艺成熟的Stöber工艺合成粒径可控、单分散的实心氧化硅为硬模板并在其表面包覆上一层介孔有机硅层。这一硬模板易于制备且成本低廉。基于化学同源性的原理,氧化硅表面的化学特性使得不需要任何表面处理即可以用有机硅源为前驱体在其表面形成一层均匀的有机硅壳层。此外,后续的刻蚀工艺使得化学刻蚀除模板过程仅发生在内核中而不涉及纳米粒子最外层表面的反应,因此得到的纳米粒子保持了原始核/壳结构规则形貌和良好的分散性,满足临床经脉注射给药的要求。