摘要: 当前,新型冠状病毒肆虐中国,截至2月7日24时,31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团累计报告,现有确诊病例31774例,远远超过2003年的非典确诊人数。

当前,新型冠状病毒肆虐中国,截至2月7日24时,31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团累计报告,现有确诊病例31774例,远远超过2003年的非典确诊人数。既往几种疑难病毒(如HIV、HBV、PIV等)尚未攻破,新的变异病毒(如

SARS冠状病毒、禽流感病毒和甲型H1N1流感病毒等)又冒现在人类面前,严重影响人类的健康。许多病毒,如流感病毒、SARS冠状病毒、禽流感病毒和人类免疫缺陷病毒等感染难以控制,其主要原因是这些病毒在黏膜表面感染、抗原性弱且容易发生抗原变异和耐药性突变,从而导致了临床上对这些病毒的预防或治疗效果不佳。


感染性疾病的检测、预防和治疗是医学领域的难题。目前对病毒感染性疾病的控制以疫苗预防为主,但对已建立的病毒感染还没有有效的治疗策略。但随着医学研究的进步,研究者发现,世界上存在着一些抗病毒的材料,有些已经有了临床应用。

磷酸钙


生物矿物按照其组成可分为以下几种:钙化的生物矿物和非钙化的生物矿物。其中钙化的矿物主要包括碳酸钙(方解石、文石、球霞石和无定型碳酸钙)和磷酸钙(羟基磷灰石、磷酸八钙等)。磷酸钙是高等哺乳动物中常见的生物矿物。生物体内的磷酸钙与自然界矿物中所对应的磷酸钙基本相同,其代表为磷灰石类晶体,是脊椎动物中骨和牙等硬组织的主要无机组成部分。同样的,哺乳动物中也存在病理性钙化现象,其主要组分也是磷酸钙。由于磷酸钙材料与生物无机钙化组织在化学结构上具有类似性,因此这类材料具有很好的生物兼容性,所以被广泛用来发展医学生物材料,是生物材料研究的焦点。


磷酸钙(Caps)是骨和牙齿的主要无机成分,并在人们的生命中发挥着至关重要的作用。Caps材料的生物医学研究在20世纪70年代迅速发展,并被广泛地用于骨科和牙科领域;可以金属植入物上的薄涂层等形式应用于人工骨移植替代物。


磷酸钙制备方法主要包括凝胶溶胶法,共沉淀法。乳化法、水热法、无机化学法、超声法、微波技术、模板法、乳化水热联用法以及微波水热联用法。通过这些方法,可以制备出不同结构,不同的形貌的磷酸钙:包括针状、球状、纤维状、多孔状、棒状、空心球状、层状以及花状结构。


金纳米颗粒


金纳米颗粒(AuNPs)已经成为了一个理想的递送系统,应用在不同类型的细胞体系中用于药物的转运以及释放。这种理想的递送性能与金纳米颗粒的许多特性密切相关。(1)在金纳米颗粒中,金核是完全天然的、无毒和生物相容,这就为载体构建提供一个理想的起点;(2)金纳米颗粒具有比较广泛的尺寸范围(1-150nm)能够方便的进行分散和尺寸控制,而尺寸和分散性是药物递送系统的关键因素;(3)金纳米颗粒具有尺寸和形貌依赖的光电效应;(4)金纳米颗粒具有更高的表面积更有利于药物的负载;(5)金纳米颗粒高度可调谐和多价的表面结构为多个治疗药物或生物大分子通过共价或共价偶联到颗粒表面提供多种可能性。


目前,对于金纳米颗粒的合成主要是基于在稳定剂存在下还原氯金酸。最常用的方法是采用柠檬酸钠还原的合成方法,包括使用柠檬酸盐还原氯金酸成核。另一种方法是采用甲醛提取药用植物作为还原剂,生产“绿色”或环境友好型的纳米颗粒。用种子介导的纳米颗粒生长也是一种精确控制金纳米颗粒尺寸与形状的常用方法。在这种方法中,首先合成小尺寸的金纳米颗粒,然后将小尺寸的纳米颗粒作为种子(成核中心)制备大尺寸的纳米颗粒。


银纳米材料


在众多抗微生物材料中,纳米银的研究最为透彻,并且已经有了医疗应用。银的抗菌性质在古代已经有所了解,金属银、硝酸银及磺胺嘧啶银杯用于烧伤伤口的处理、牙科等细菌疾病的控制。


在众多金属及其氧化物纳米粒子中,银纳米粒子抗微生物效果最好,研究也最为广泛。许多研究者们已经证实银纳米粒子对细菌、病毒、真菌均具有有效的抑制作用,尤其对抗生素耐药的菌株也拥有很好的抑制生长效果。


不同大小的银纳米颗粒抗菌效果不同,一般其效果随粒径的增大而减弱。除了银纳米颗粒以外,其他形状的银纳米材料,如银纳米线、银纳米棒及银纳米角等也具有抗微生物作用,但是在抗菌效果上有所差异。


另外,纳米银在临床上泌尿外科、骨科、口腔外科、皮肤科和烧烫伤外科治疗中,纳米银都可以抑制多种病原菌的生长,许多外伤敷料、医疗器械涂层及口罩中均含有纳米银。


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纳米材料抗菌机制


作为一种未来很有潜力的抗菌抗病毒材料,纳米银安全有效地应用于人体显得尤为重要。我们不仅要在细胞水平或动物水平上研究纳米银的毒副作用,更要在人体内进行科学研究,证实纳米银具有高效的抗病毒作用又对人体无害。


氧化钼纳米材料


氧化钼纳米材料在生物医学方面的应用研究目前较少。随着纳米医学科学的发展,纳米氧化钼一些新的功能逐渐被发掘,尤其是在生物医学领域的应用上展现出广阔的前景。如具有特异性表面形貌的氧化钼纳米盘可以很好地用于抗菌应用;二维层状氧化钼纳米片具有等离子体共振效应,可吸收近红外光,使其在光声诊疗、肿瘤的光热清除等生物医学上均有广泛的应用;三氧化钼纳米空心球则在难溶药物负载和传递上有很大的应用潜力;2nm尺寸的三氧化钼纳米颗粒能够作为生物酶催化剂,通过电子转移实现亚硫酸盐氧化酶活性。


其他金属纳米材料


金、铜、氧化锌、二氧化钛等纳米粒子均具有抗菌及抗病毒活性。重金属银、铜、铅、汞等盐类均能与蛋白质中的巯基发生反应,或置换酶中的金属离子,使大多数酶失活。因此,重金属离子具有广谱的抗菌、抗病毒活性。


值得注意的是,虽然金属纳米材料具有优秀的抗菌及抗病毒活性,但其毒性机理还存在一定的争议,金属离子的释放会对环境及人体造成潜在的威胁。


碳纳米材料----富勒烯及其衍生物


Lyon等研究发现C60处理后的大肠杆菌并没有检测到活性氧物质,表明C60抗菌机理可能并不依赖于活性氧途径(Lyonetal2008)。也有研究认为富勒烯对原核细胞的抗菌作用是由细胞膜的脂质过氧化介导的(Sayesetal2005)。另一方面。富勒烯还具有抗病毒的效果。


Friedman等发现,C60对人免疫缺陷病毒蛋白酶(HIV)有抑制作用,HIVP是抗病毒的主要靶点,抑制HIVP可以终止HIV的生命周期。


Antonio等将富勒烯与许多单糖结合合成了一个大的球形结构,对埃博拉病毒具有有效的抑制作用。但对富勒烯的抗菌机理目前还存在争议,有学者认为富勒烯可引起光催化作用在真核细胞内产生活性氧物质。


碳纳米管


碳纳米管(CNTs)是一种一维管状纳米材料,由石墨烯片绕中心轴卷曲而成,根据圆筒层数可以分为单壁碳纳米管(

SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)两类。目前,关于CNTs抗菌性能的研究报道较多,其对细菌及真菌均有较好的抑制作用,且SWCNTs的抗菌效果优于MWCNTs。


Upadhyayula等证明SWCNTs具有极高的吸附能力,其对枯草芽孢杆菌孢子的吸附能力是活性炭和纳米陶瓷的27-37倍,SWCNTs的高吸附能力主要取决于其纤维状、极大的长径比以及较大的比表面积。同吋,CNTs对细菌的吸附作用极快,测试SWCMTs对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌及大肠杆菌三种细菌的吸附动力学速率结果显示,95%的细菌在5-30min时间内即可吸附到SWCNTs表面。


CNTs本身的抗菌性能受众多因素的影响,直径较小的SWCNTs有利于分割且更易渗透到细胞壁中,同时其较大的表面积则更有利于与细胞表面接触和反应,因而SMCNTs比MWCNTs的抗菌性能更为优异。


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石墨烯材料抗菌机理


氧化石墨烯


2004年,英国科学家发现了由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体—石墨烯,其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环,是目前最理想的二维纳米材料。


氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物,为氧化石墨的剥落物,通过噬斑形成试验、间接免疫荧光及Westernblot验证,研究者发现氧化石墨烯纳米材料对伪狂犬病毒(DNA病毒)及猪流行性腹泻病毒(RNA病毒)均具有很好的抗病毒效果,并且这种抑制效果具有时间及剂量依赖效应。另外,研究者还发现,二硫化钼、二硫化钨等二维片状纳米材料也具有良好的抗病毒效果,但与氧化石墨烯相比,其抑制作用降低。


参考文献:

宋智勇.基于无机纳米材料的病毒检测及抗病毒治疗

叶十一.二维类石墨烯材料抗病毒机理研究

向冬喜等.纳米银抗病毒作用的研究进展

鲍涛.氧化钼纳米材料的制备及其种类诊疗应用研究

姜莹莹.磷酸钙/有机分子纳米复合材料的制备、性能及生物医用研究

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