稀土纳米发光材料药物载体的研究进展

李志欣　曲雪松

【摘 要】随着纳米技术和药剂学的不断发展，稀土荧光纳米晶以无毒、高发光效率效、较好的生物相容性等优势作为一种新型的药物输运载体吸引了研究者的广泛关注。本文在查阅大量相关文献的基础上，对稀土荧光纳米材料作为载体和荧光功能基团在药物输运领域的发展变化、应用前景进行了整理和分析。

【关键词】药物缓释；稀土荧光纳米晶；多功能化

0 前言

随着纳米技术与医学技术不断融洽结合，传统的药物输运正被新型药物输运载体所取代，人们希望开发出一种能够进行药物控释，并且能够对药物进行实时监控的药物缓释载体。稀土荧光纳米晶就进入科学研究者的眼中，研究者希望通过发光主体与负载客体分子的敏化，共振能量传递等相互作用，实现对药物分子的可控释放、定量追踪以及光动力学治疗的激活等。本文将近年来稀土荧光纳米晶在药物输运领域的研究工作按照稀土复合纳米发光材料和单相稀土纳米发光材料两大类进行整理介绍。

1 稀土复合纳米发光材料药物载体

由于通常的稀土纳米晶是实心结构，不具有可接携带或负载功能分子的微腔或介孔结构，将稀土纳米发光材料与其他具有介孔微腔结构基体材料复合得到稀土复合纳米发光材料以实现包括药物缓释在内的多功能应用，成为了材料设计的主要思路。在这方面目前主要是采用聚合物和介孔SiO2材料等具有负载和包覆能力的材料对荧光纳米晶进行表面修饰或再构。其中之一是将稀土材料作为内核实体充当发光标记基体，而其他具有空洞/孔隙结构的基体材料作为外壳用于负载不同种类的药物分子，形成核壳结构[1-5]；另外一种方法是将稀土纳米发光材料，通过表面吸附等方法植入到介孔材料的孔道中或表面上，得到纳米发光材料及介孔材料的复合体系[6]。由共聚物形成的纳米胶束具有载药量高、载药范围广、稳定性好、体内滞留时间长等特点，可提高药物稳定性和生物利用度，减轻不良反应，还可在表面连接具有特异性识别功能的靶向分子，实现主动靶向给药[7]。

1.1 稀土纳米发光材料@聚合物复合药物载体

目前主要采用聚合物主要有聚乙二醇及聚乙烯亚胺等。2008年新加坡国立大学杨[1]等人设计合成了NaYF4：Er3+，Yb3+@聚乙烯亚胺复合纳米发光材料，采用水/乙醇溶剂热法一锅合成了聚乙烯亚胺修饰的NaYF4：Er3+，Yb3+纳米晶，较早地尝试通过非共价吸附来负载酞菁化锌（ZnPC）单重态氧光敏剂分子，装载率约1：15000；研究了材料的结构，形貌，发光性质以及近红外激光激发下通过共振能量传递而产生单重态氧的产率等。2011年赵[2]等人用嵌段聚合物胶束封装紫外上转NaYF4：Tm3+，Yb3+ 纳米晶，控制合成了以NaYF4：Tm3+，Yb3+为核，嵌段聚合物为壳层的复合纳米发光材料，该复合发光材料表层部分的共聚物可用于同时负载疏水分子材料。

1.2 稀土纳米发光材料@介孔SiO2复合药物载体

介孔SiO2是一种广泛研究的药物输运载体，具有孔径可调，生物惰性和相容性等特点。将发光纳米晶与介孔SiO2结合不仅可以达到传统的药物缓释功能，更能提高药物利用率，增强材料的多功能性，实现光控药物输运和荧光成像等功能。长春应化所林君研究组[3]于2011年较早地设计合成了一系列由介孔SiO2修饰的稀土纳米晶复合材料，等并研究和评估了其在药物缓释方面的应用。2013年新加坡南洋理工大学刘[4]等设计合成了介孔SiO2包覆的NaYF4：Tm3+，Yb3+@ NaYF4上转换纳米晶铰链物，并应用于药物输运和活体细胞内荧光成像。抗肿瘤药物布洛芬被封装到铰链的笼状介孔SiO2包覆的NaYF4：Tm3+，Yb3+纳米颗粒中。近红外布洛芬光辐照下，上转换产生的UV光可光劈裂邻硝基苄基笼状交联剂，从而选择地释放负载的DOX药物分子。这种近红外光响应的NaYF4：Tm3+，Yb3+@m-SiO2上转换纳米晶铰链物具有高效的癌细胞内可控药物释放。经叶酸修饰后，这种纳米载体又具有靶向药物输运和选择性细胞线荧光成像能力。2014年复旦大学李[5]等人设计制备了一种光触发可控药物释放器件。该器件中稀土氟化物上转换纳米晶NaYF4：Tm3+，Yb3+@NaLuF4 作为可移动的内核而介孔SiO2作为外壳；以笼状抗癌药物瘤可宁为模拟药物，将之封装到蛋黄-壳结构的纳米笼中，经980nm近红外光触发，实现了体外和活体内组织的可控药物释放。

2 单相稀土纳米发光材料药物载体的研究进展

除稀土纳米晶基的核壳复合材料药物载体外，单相介孔稀土发光材料用于药物输运也引起极大兴趣。前述工作都展示了复合体系在药物输运应用领域的优势。然而，这些材料在制备和应用过程中也存在一些问题，通常这种复合材料的制备过程比较复杂，常常需要引入具有潜在毒性的表面活性剂等试剂，不利于其生物应用，同时在有些复合体系中，复合的外壳会对其内核的纳米发光材料的性能和形貌产生负面的影响。如前所述，合成此类复合材料的目的是希望通过具有特殊发光性质的载体材料与客体分子之间可进行的荧光猝灭和增强﹑共振能量传递等相互作用以实现一些特殊的功能，但是在上述发光内核-介孔外壳结构的复合体系之中，负载在介孔壳层中的客体分子与发光中心之间的相互作用往往只能发生在核壳结构的界面上，这在很大程度上削弱了二者相互作用的信号表达，极大限制了材料的应用。解决上述问题的有效方法就是一步直接合成具有微腔或介孔结构的纳米发光材料，这类材料将极大地提高发光中心与负载客体的表面联系，可期待显著改善其对客体分子的负载效率，增大信号表达，提高灵敏度。 目前，纯单相稀土上转换介孔或微腔结构材料的合成及相关应用的报道较少，最近我们课题组采用多羟基醇溶剂热法低温合成了介孔NaYF4：Er，Yb亚微米球，材料平均孔径为4.9nm，渴望在药物输运及药物缓释的荧光监控方面得到应用。

3 结语

材料科学和纳米技术的日新月异高速发展，推动着稀土发光纳米材料研究的深刻变革。介孔材料可作为新型分析技术中的载体材料，利用稀土荧光将其进一步功能化，以期实现对检测物的探测与诊疗的同步进行。目前，稀土纳米发光材料特别是单相稀土材料在药物输运领域的研究尚处于起步阶段，未来无论从材料的合成还是应用方面，需要研究和解决的问题还很多，十分值得探索。

【参考文献】

[1]D . K . Chatterjee and Y . Zhong ， Nanomedicine[J].2008， 3：73.

[2]J . Am . Chem . Soc[J].2011， 133：19714–19717.

[3]Piaoping ，Yang . Shili Gaib and Jun Lin . Functionalized mesoporous silica materials for controlled drug delivery[J].2011：3678-3689.

[4]NIR Photoresponsive Crosslinked Upconverting Nanocarriers Toward Selective Intracellular Drug Release small[J].2013， 9， No. 17：2937–2944.

[5]Near-Infrared Photoregulated Drug Release in Living Tumor Tissue via Yolk-Shell Upconversion Nanocages . Adv . Funct . Mater[J]. 2014， 24： 363–371.

[6]P . Yang ， S . Huang ， D . Kong ， J . Lin ， H . Fu ， Inorg . Chem[J].2007，46：3203.

[7]李文淵.童丽.热增才旦.纳米胶束作为药物载体的研究进展.药物制剂[J].2009，6（12）：37.endprint