唾液酸修饰的棒状介孔二氧化硅纳米颗粒的制备及其生物医药应用研究

摘要

介孔二氧化硅纳米颗粒（Mesoporous Silica Nanoparticles, MSNs）因其高比表面积、可调孔径及良好的生物相容性，在药物递送和生物成像等领域得到了广泛关注。通过控制形貌制备出的棒状MSNs（Rod-shaped MSNs）不仅具有优异的细胞摄取效率，还能通过形状影响生物体内分布。唾液酸（Sialic acid, SA）作为一种天然的单糖修饰基团，因其特异性靶向某些细胞表面受体，成为功能化MSNs的理想修饰分子。本文系统介绍了唾液酸修饰的棒状介孔二氧化硅纳米颗粒的制备策略、表征手段、靶向机制及其在生物医药领域的潜在应用。

1 引言

介孔二氧化硅纳米颗粒以其独特的结构优势成为纳米药物载体领域的重要材料。相比传统球形纳米颗粒，棒状MSNs因其较高的长径比，表现出更优的细胞摄取动力学和更高的血液循环稳定性。此外，纳米颗粒表面修饰是实现靶向递送与提高生物相容性的关键技术。唾液酸作为细胞表面糖类的重要组成部分，可特异识别神经节苷脂、选择素等细胞受体，参与细胞信号传导与免疫调控。唾液酸的修饰使棒状MSNs具备了靶向癌细胞、免疫细胞及其他病理状态细胞的能力，显著提升纳米载体的治疗效果和安全性。

2 棒状介孔二氧化硅纳米颗粒的制备

棒状MSNs的合成通常基于溶胶-凝胶法和模板辅助法，控制硅源、水解速率及表面活性剂浓度是调节其形貌的关键。典型步骤包括：

模板选择：采用阳离子表面活性剂如十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）或非离子型表面活性剂配合助剂，通过自组装形成杆状胶束结构。

硅源水解与凝胶反应：四乙氧基硅烷（TEOS）在碱性条件下水解，沿着模板形成介孔硅网络。

形貌调控：通过调节反应温度、时间、pH值及助剂用量确控制棒状颗粒的长度与直径，实现理想的长径比。

模板去除：通过酸性或碱性提取去除表面活性剂，获得纯净的介孔结构。

棒状MSNs具有规则的介孔结构（孔径一般在2-10 nm），可实现高效药物装载及缓释。

3 唾液酸的表面修饰技术

唾液酸的修饰一般采用共价偶联方式，主要方法包括：

硅烷化反应：先将MSNs表面修饰氨基功能团（如APTES），然后通过羧基活化的唾液酸与氨基形成稳定的酰胺键，实现表面功能化。

点击化学：利用叠氮-炔环加成反应实现更高效率和选择性的修饰。

静电吸附：基于唾液酸的阴离子性质，通过电荷作用吸附于带正电的MSNs表面，操作简便但稳定性较低。

通过表面修饰，唾液酸分子均匀分布于棒状MSNs外层，形成稳定的功能化纳米颗粒，提高其靶向识别能力及血液循环稳定性。

4 结构表征与性能分析

为验证唾液酸修饰的成功及棒状MSNs的结构特征，常用表征技术包括：

透射电子显微镜（TEM）：观察棒状颗粒的形貌和尺寸，确认长径比及均一性。

氮气吸附-脱附（BET）：测定比表面积和孔径分布，评估介孔结构完整性。

傅里叶变换红外光谱（FTIR）：检测唾液酸的特征官能团及与MSNs的共价结合。

紫外-可见光谱（UV-Vis）和荧光光谱：分析修饰效果及纳米颗粒的光学特性。

热重分析（TGA）：评估有机修饰层的含量和稳定性。

Zeta电位测定：分析颗粒表面电荷变化，反映修饰程度及悬浮稳定性。

5 功能优势与生物相容性

唾液酸修饰的棒状MSNs兼具形貌优势与靶向特性：

形貌优势：棒状颗粒因其较大的比表面积和独特的细胞膜交互作用，表现出更高的细胞内吞效率和较长的循环时间。

靶向识别：唾液酸能够特异性结合细胞表面选择素（如E-selectin）、神经节苷脂受体，提升纳米颗粒对肿瘤细胞、炎症细胞及免疫细胞的靶向性。

增强免疫逃逸：唾液酸修饰减少蛋白质吸附，降低单核巨噬细胞系统（MPS）清除率，提高生物体内稳定性。

促进穿透：棒状结构与唾液酸共同作用，有利于纳米颗粒穿越细胞屏障及肿瘤组织间质，提高递药效率。

良好生物相容性：材料均采用生物惰性成分，体内毒性低，适合临床转化。

6 应用领域

靶向药物递送

唾液酸修饰棒状MSNs可装载多种*癌药物，实现肿瘤组织的准靶向递送，降低系统毒副作用，提高药物治疗效果。

生物成像

结合荧光染料或磁性纳米颗粒，构建多模态成像平台，利用唾液酸的靶向性提升肿瘤及炎症部位的成像对比度。

免疫调控

通过靶向免疫细胞表面受体，实现纳米颗粒在免疫微环境中的定向作用，有助于癌症免疫治疗和*炎治疗。

组织工程

载药纳米颗粒作为生物活性因子的递送载体，促进组织修复与再生。

7 未来展望

唾液酸修饰的棒状介孔二氧化硅纳米颗粒集多种优势于一体，未来研究方向包括：

多功能化修饰：联合多种靶向配体及智能响应模块，实现“诊疗一体化”纳米平台。

临床转化研究：深入评价其体内安全性、药代动力学和免疫相容性，推动临床应用。

纳米颗粒形貌优化：探索不同长径比对生物分布与细胞摄取的影响，优化载药效率。

联合治疗策略：与光动力疗法、免疫治疗等联合使用，实现多模式协同*癌。

结论

唾液酸修饰的棒状介孔二氧化硅纳米颗粒以其独特的形貌和靶向功能，为纳米药物递送和生物医学成像提供了强有力的平台。通过合理设计与表面功能化，显著提升了纳米颗粒的靶向性和生物相容性，推动了准治疗和个性化医疗的发展。未来，随着多功能化与智能化纳米材料技术的不断进步，该类纳米颗粒将在临床诊疗和再生医学中发挥更加重要的作用。

厂家:西安齐岳生物科技有限公司

用途:科研

温馨提醒:仅供科研，不能用于人体实验!