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介孔碳納米球( mesoporous carbon nanospheres,MCNs)為孔徑在 2 ~ 50 nm 的多孔碳基納米材料,按照結(jié)構(gòu)可分為實(shí)心介孔碳納米球、中空介孔碳納米球、蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)介孔碳納米球和核殼結(jié)構(gòu)介孔碳納米球,與其他納米材料相比具有顯著優(yōu)勢(shì)。
介孔碳納米球可具備多種方法聯(lián)合治療應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)及科研應(yīng)用:
1、目前化療藥物多為疏水性,介孔碳納米球的疏水性表面以及多孔開(kāi)放結(jié)構(gòu)帶來(lái)的大比表面積有利于進(jìn)行化療藥物的負(fù)載與響應(yīng)性遞送。
2、材料可修飾性強(qiáng),可以通過(guò)表面修飾及結(jié)構(gòu)改造進(jìn)行多種診療物質(zhì)的負(fù)載,也可以通過(guò)修飾為介孔碳納米球增加靶向性和藥物釋放響應(yīng)性。
3、介孔碳納米球自身具有功能性,能夠在近紅外光照射下進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生活性氧。
4、具有共軛結(jié)構(gòu)具有熒光淬滅能力。
5、介孔碳納米球的生物相容性好,與一維和二維碳基材料相比毒性更低,有利于生物制劑開(kāi)發(fā)。
但由于受合成方法的限制,與傳統(tǒng)介孔硅納米粒和其他碳基材料( 如碳納米管、石墨烯、富勒烯、碳點(diǎn)) 相比,介孔碳納米球在生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用相對(duì)較少,而近年來(lái)介孔碳納米球及其衍生物合成技術(shù)不斷發(fā)展,介孔碳納米球的粒徑和孔徑也實(shí)現(xiàn)均一可控,雜原子的摻入也使其功能也不斷拓展,作為診療載體、光熱材料、光引發(fā)劑和納米酶應(yīng)用逐漸增多。
介孔碳納米球的合成方法
1. 硬模板法:硬模板法又名納米澆鑄法,是以剛性材料( 二氧化硅介孔材料或納米球、微孔分子篩、多孔氧化鋁等)為模板,將前驅(qū)體填充模板空隙后進(jìn)行反應(yīng),最后使用酸堿或高溫除去模板的方法,其中前驅(qū)體可通過(guò)溶液和化學(xué)氣相沉積2種方式填充模板孔隙。
硬模板法:對(duì)模板要求較高,工藝過(guò)程包括前驅(qū)體的填充、煅燒和模板刻蝕,制備中溫度、時(shí)間、濃度、填充方法、填充體積、刻蝕條件等可變影響因素多,易對(duì)介孔結(jié)構(gòu)造成破壞,成本高、工藝復(fù)雜且可控性弱。
2. 軟模板法:軟模板法沒(méi)有剛性結(jié)構(gòu)模板,模板劑以分子間作用力( 氫鍵、化學(xué)鍵、靜電作用力) 聚合形成膠束,材料分子積聚在模板劑表面通過(guò)反應(yīng)形成具有一定形狀大小的粒子,之后再通過(guò)煅燒除去模板劑并碳化得到介孔碳納米球。
軟模板法:與硬模板法相比可控性提高,介孔碳納米球的粒徑和材料孔徑可以通過(guò)原料比例進(jìn)行調(diào)節(jié),且工藝簡(jiǎn)單、成本低,但軟模板法由于原料濃度通常較低,且反應(yīng)條件影響較大,水熱反應(yīng)中容易發(fā)生碳球間粘連,目前尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備。
3. Stober法:傳統(tǒng)的Stober法用于進(jìn)行單分散硅球的合成,反應(yīng)以氨水為催化劑,乙醇/水溶液為溶劑,通過(guò)水解和縮合正硅酸乙酯(TEOS)等有機(jī)硅醇鹽得到SiO2微球,工藝簡(jiǎn)單,產(chǎn)物均勻且分散性好,可通過(guò)條件成分比例改變粒徑及孔徑大小。
為改善上文中軟模板法的缺點(diǎn),Liu等制備介孔硅的Stober法進(jìn)行拓展,以陽(yáng)離子碳氟表面活性劑CF4 和三嵌段共聚物表面活性劑普朗尼克F127為模板劑,間苯二酚和甲醛通過(guò)氫鍵與模板劑聚合,煅燒后可高產(chǎn)量得到粒徑可控的80 ~400nm介孔碳納米球。
Stber法由單分散硅球合成方法發(fā)展而來(lái),工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)且產(chǎn)量高,但是目前該方法的機(jī)理尚不明確,對(duì)碳源的性質(zhì)也有所限制,完備的制備工藝仍有待探索。
4. 原位骨架轉(zhuǎn)換法:原位骨架轉(zhuǎn)換法由致孔劑和碳源復(fù)合構(gòu)成材料前驅(qū)體,高溫煅燒時(shí)致孔劑耐受溫度較低而被除去,碳源則被碳化構(gòu)成碳基材料骨架。Chen 等[15]在通過(guò)Stber法制備的單分散介孔硅球表面覆蓋了一層苯橋聯(lián)的1,4-雙(三乙氧基硅基)苯( BTEB)作為有機(jī)硅前驅(qū)體,這層有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化層可在900℃碳化溫度下轉(zhuǎn)化為 SiO2 /C結(jié)構(gòu),使用氟化氫刻蝕二氧化硅后得到中空介孔碳球,使得骨架由硅轉(zhuǎn)化為碳。
原位骨架轉(zhuǎn)換法與兩種傳統(tǒng)制備方法相比,是一種不需要模板或模板劑、易規(guī)模化生產(chǎn)的簡(jiǎn)易方法,但由于原料的特殊性,其可控性和孔徑均一性仍有所不足。
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