鲍 群

(江苏省徐州医药高等职业学校 江苏徐州 221116)

碳纳米管在药物载体领域的应用

鲍 群

(江苏省徐州医药高等职业学校 江苏徐州 221116)

医学中开发新型药物载体对研究药物具有重要作用，作为一种具有独特纳米管径与中空结构的碳纳米管，可将其纳入药物载体范畴，以核酸、蛋白、药物分子以及肽所修饰的新型碳纳米管为载体，将生物活性分子运载至细胞中，而且不会产生毒性。本研究主要对碳纳米管在药物载体领域的应用进行分析与探讨。

药物载体；碳纳米管；应用

通过纳米棒、纳米粒子、纳米管或者纳米线等纳米材料将生物活性分子包覆起来实现其载运，是一种能够有效避免生物体降解生物活性分子的一种有效方法，而碳纳米管就是这样一种纳米材料。碳纳米管的很多物理化学性质都比较吸引人，像：质量轻、电导率高以及机械性能高等。碳纳米管表面很容易发生功能化，提供了有利的功能化修饰碳纳米管的平台。因为碳纳米管本身属于中空结构，而且其内部空腔能够融入很多药物，一经打开碳纳米管两端，其开放端就会成为对药物释放进行控制与治疗的唯一通道[1]。本研究主要对碳纳米管在药物载体领域的应用进行分析与探讨。

一、碳纳米管的性质及结构

碳纳米管，也称巴基小管，这种材料在医学中是极为重要的一种现代化纳米材料，碳纳米管的结构类似于石墨、球烯等，而且和石墨、金刚石以及富勒烯同为碳的同素异形体。根据结构划分，可将碳纳米管具体分为单壁碳纳米管与多壁碳纳米管。大量柱状碳管同轴套合共同组成多壁碳纳米管，其直径小则几纳米，大则几十纳米，但是碳纳米管的长度却仅有几毫米，3～ 50层的碳纳米管层数，层间距大约是0.33nm；单层碳原子通过饶合形成单层碳纳米管，其直径小则零点几纳米，大则几纳米，几十微米的长度，其单一性与对称性比较好。碳纳米管中碳原子的主要作用是sp2杂化，并由很多芳香结构共同构成碳原子表面，其比表面积相对来说比较大，可以和多种有机、无极分子通过非共价或者共价等方式相结合。碳纳米管这些极具独特性的性质与结构使其成为转运机体药物的重要载体。

可将碳纳米管视为石墨片围绕中心轴根据一定螺旋角度不断缠绕所形成的一种无缝圆筒，且该材料碳原子间属于sp2杂化，其典型特征为层状中空结构，0.8～30nm的管径，微米量级长度，碳纳米管本身为多边形结构，并由六边形碳环共同组成，由富勒烯半球形端帽对碳纳米管两端进行封口。虽然碳纳米管本身的原子结合形态与化学组成都极为简单，但是却具有多样化结构与化学、物理等多种性能，该材料的碳原子间采用自然界中具有最强化学键彼此连接，碳纳米管的强度相当于钢强度的100倍，但是密度却只有钢密度的1/6,由此可见其韧性、轴向强度以及弹性模量等都比较高， 碳纳米管的杨氏模量相当于金刚石，最高弹性应变为12%，其能隙宽度能够由零之间扩展到等同于硅，碳纳米管的导电性能位于半导体与导体间。因为电子本身量子域的限制，所以在石墨片中，电子仅可以顺着碳纳米管实施轴向运动，所以碳纳米管的电学性能相对较为独特[2]。此外，碳纳米管尖端曲率半径为纳米尺度，在电压较低情况下可以将大量电子发射出来，所以，碳纳米管本身场致发射特性较为优良。碳纳米管具有6600W/(m·k)的轴向导热系数，达到自然界导热材料最高值，属于一种最为高效的电子散热材料。碳纳米管的光致发光效应、辉光效应以及电致发光特性等性能也较为独特。

二、纳米药物载体的分析与研究

从根本上说，碳纳米管可以载运核酸、肽段及蛋白等生物活性分子至机体细胞中，而且不会有毒性产生，所以，碳纳米管是治疗肿瘤的一种有效载体。

(一)肽段

分子生物学中，肽段发挥着不可缺少的重要作用。肽段能够共价键合至碳纳米管表面，而且可以确保其免疫学性能不变，肽段能够使碳管处于分散状态，以此在生物医学领域得以应用。Pan taroto于2004年通过共聚焦荧光显微镜对碳纳米管吧小肽段运载至机体细胞的整体过程进行观察，该科研成果为后来学者研究该领域奠定了良好的基础。

(二)蛋白

可利用共价作用力或者非共价作用力，使蛋白质与碳纳米管表面相连接，并利用聚合物与表面活性剂功能化碳管以对碳管表面蛋白非特异性吸附进行有效抑制。一些学者研究发现，碳纳米管可以有效地以细胞内吞方式将蛋白质运至机体细胞中，而且各蛋白质可以通过其非特异性作用与碳管表面相吸附，在进入机体细胞后，可以将其生物学功能充分发挥出来。

(三)核酸

生物医学方面，核酸具有极为重要的作用。到目前为止，研究发现有超过1900种的遗传并与患者DNA结构有关，且病毒感染、肿瘤及射线作用于机体等均与核酸存在很大关联性。利用共价键能够在碳管表面连接核酸，可以选择性和DNA分子实施杂交。

三、碳纳米管在药物载体领域的应用

(一)碳纳米管是一种药物载体

作为一种药物载体，对碳纳米管的生物相容性与毒性进行考察。药物研究学者Ajima与Smart等人对碳纳米管毒性进行了概述，提出碳纳米管能够产生毒副作用，具体包括皮肤刺激性、肺部毒性以及细胞毒性等。以往碳纳米管本身的毒副作用主要源自在对其制作时所应用的金属催化剂，但是制备过程中化学修饰能够将金属催化剂有效去除掉，还能将生物活性分子引入，所以，对碳纳米管本身生物相容性具有有效改善作用。将碳纳米材料视为药物载体的另一个原因是，碳纳米材料能够穿透细胞。一些学者通过氧化碳毫微角运载顺铂，在氧化碳毫微角管体中填埋顺铂，并在细胞培养介质与磷酸盐缓冲液中逐渐释放顺铂，对机体肺癌细胞具有抑制性作用，但是原始碳纳米管却不存在以上特性，由此充分说明，化学修饰对碳纳米管某些属性具有改善性作用，是一种重要的药物载体[3]。

(二)碳纳米管是一种基因与疫苗载体

在载体领域，基因载体始终是其科研的重点与难点。机体内生物免疫系统响应与分子底物相结合的病原体，以对其自身基因进行保护，完成识别后复制进入细胞中的病原体。通过有效载体，顺利带入病原体，而碳纳米管其实就是此类基因载体。

药物载体中，应用碳纳米管受到药物学界的广泛关注，通过各种修饰方法或者偶联各生物活性分析，修饰后的新型碳纳米管形态、微观结构、细胞穿透能力、溶解性与细胞生物活性有所不同。碳纳米管表面具有比较强的疏水性，而且化学修饰对其溶解性具有非常明显的改善性作用。作为一种具有独特纳米管径与中空结构的碳纳米管，可将其纳入药物载体范畴，以核酸、蛋白、药物分子以及肽所修饰的新型碳纳米管为载体，将生物活性分子运载至细胞中，而且不会产生毒性。现阶段的科研领域大部分都在碳纳米管本身化学修饰方面集中，将碳纳米管修饰技术应用于药物载体中与碳纳米管细胞内毒性目前还缺乏研究力度，未来还需要进一步开展碳纳米管的深入性研究工作。此外，相应科研成果对载体通过碳纳米管筛选修饰基团与修饰方法具有促进性作用，直接通过药物对碳纳米管进行修饰，能够将两者优势充分发挥出来，弥补彼此不足，此为今后药物载体领域研究工作的主要方向。

总而言之，受到药用载体安全性与特殊性的制约，在药物载体方面应用碳纳米管到目前依旧处在科研阶段，但随着制备生物活性修饰碳纳米管与研究碳纳米管生物毒性的不断深入，今后高效、低毒修饰碳纳米管材料有望在药物临床中应用。

[1]孟洁,郭小天,孔桦,等.碳纳米管/聚氨酯复合材料的制备及生物相容性评价[J].基础医学与临床,2010(09):120-121.

[2]黄海涛,翟智,惠忠英,等.碳纳米管复合海藻酸微球药物载体的释药性能[J].武汉大学学报(理学版),2010(03):147-148.

[3]于金刚,黄可龙,杨巧勤,等.碳纳米管作为药物载体的研究进展[J].药学学报,2008(10):155-156.

Application in the field of carbon nanotubes in drug carrier

Bao Qun
(Xuzhou Pharmaceutical Higher Vocational Schools, Xuzhou Jiangsu, 221116, China)

Development of novel drug carrier in the medicine plays an important role in the study of drug,as a kind of unique nanometer pipe diameter, and hollow structure of carbon nanotubes can be included in the category of drug carrier. With nucleic acids, proteins and drug molecules, and peptide modified by the new type of carbon nanotubes as the carrier, bioactive molecules carry to cells, and does not produce toxic. This study mainly analyzes and discusses the application of carbon nanotubes in the field of drug carrier.

drug carrier; carbon nanotubes; application

R318.08

A

1000-9795（2014）09-000322-02

[责任编辑：刘 乾]

鲍 群(1981-)，女，江苏邳州人，江苏省徐州医药高等职业学校讲师。研究方向：药物分析、化工分析。