陳小煒，周燕倩，向 李，陳玉鳳，王 娜

（1.成都大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610106；2.內(nèi)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，四川 內(nèi)江 641100）3.成都中醫(yī)藥大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610075）

引言

微納米功能材料是在20 世紀(jì)90 年代才逐步發(fā)展起來(lái)的具有前沿交叉性的學(xué)科領(lǐng)域，隨著國(guó)內(nèi)外研究的推進(jìn)，將材料制備合成到微納米尺度的方法越來(lái)越成熟，這為材料微觀世界的探究帶來(lái)了更多的啟迪與靈感[1]。當(dāng)下微納米材料正和越來(lái)越多的學(xué)科領(lǐng)域融合得更加緊密。如新型能源材料、新型生物醫(yī)藥材料、微納米環(huán)境材料、工業(yè)電子材料等領(lǐng)域。就性能而言，微納米材料的尺寸處于微米級(jí)或納米級(jí)量綱范圍，其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它具有表面效應(yīng)（界面和表面的懸鍵）、量子尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、界面相關(guān)效應(yīng)等一系列特殊而新奇的物理與化學(xué)特性，具有非常高的應(yīng)用價(jià)值。特別是其作為藥物遞送載體在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

1 微納米功能材料的制備方法

一般地，制備微米尺度或納米尺度的功能材料有很多不同的技術(shù)途徑。在現(xiàn)有研究背景下，總體上可分為先上后下和先下后上的制備手段。前者的途徑是指先將微納米材料結(jié)構(gòu)單元制備出來(lái)，再將其組裝成微納米材料。例如先制備出微納米粉末再將其組裝成塊狀物。后者是指先制備出微納米前驅(qū)體材料，再?gòu)那膀?qū)體材料上取得有用的部分。另外，還可根據(jù)制備狀態(tài)，可分為氣相、液相和固相法3 種方法。

1.1 氣相法

氣相法一般是指利用氣體物質(zhì)或先將物質(zhì)變?yōu)闅怏w參與化學(xué)物理反應(yīng)，然后將其冷卻，最后長(zhǎng)成微納米量級(jí)的材料。通常包含氣相分解法、氣相合成法、氣-固反應(yīng)法、氣體冷凝法、真空沉積法、混合等離子體法等方式。

1.2 液相法

液相法是指把溶質(zhì)和溶劑從均勻溶液里分離開(kāi)，分離的同時(shí)得到所需的一定尺寸大小的微納米材料的前驅(qū)體，經(jīng)過(guò)烘干或真空干燥得到微納米材料粒子。液相法比較常規(guī)的途徑是通過(guò)水解、水浴、沉淀等方式。

1.3 固相法

固相法是指將大尺寸的固相原材料制成小粉末相，該方法依然是從固相到固相，沒(méi)有發(fā)生相的變化。通常包含熱分解、研磨、超聲分解等方式。

2 微納米功能材料國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 微納米功能材料發(fā)展歷程

微納米材料是21 世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命的基礎(chǔ)底層支撐，它涉及化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物、物理等多個(gè)領(lǐng)域，是一門(mén)高度交叉的復(fù)合學(xué)科。1930 年前后，日本學(xué)界針對(duì)微納米材料進(jìn)行了一次真正的探索，用真空法研制超微顆粒物[2-5]。隨后，各國(guó)政府紛紛加大了對(duì)微納米粒子的研究力度。德國(guó)科學(xué)家Gleiter 等首次用惰性氣體制得鐵納米粒子，這是微納米材料研究的重大突破，此后微納米的研究領(lǐng)域開(kāi)始日進(jìn)日新。

微納米功能材料的研究總體上可以分為3 個(gè)不同的階段：第一階段是主要是在實(shí)驗(yàn)室利用不同手段探索制備各種形貌特征的微米或納米尺度材料，探索并將其表征呈現(xiàn)的方法。第二階段是學(xué)者在研究如何利用微納米材料所特有的奇異的化學(xué)物理性能將不同的材料復(fù)合到極小尺寸的微米納米級(jí)別，設(shè)計(jì)不同的復(fù)合材料，應(yīng)用到不同的領(lǐng)域?qū)用?。第三階段是通過(guò)不同手段去組裝合成微納米結(jié)構(gòu)的材料體系。此類組裝合成的材料體系正成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的極高興趣所在，也成了業(yè)內(nèi)的研究熱點(diǎn)[6]。

2.2 微納米功能材料的國(guó)內(nèi)研究發(fā)展現(xiàn)狀

20 世紀(jì)80 年代，我國(guó)開(kāi)始重視微納米功能材料的研究，90 年代中后期，國(guó)內(nèi)研究微納米材料的公司逐漸增加，社會(huì)資金投入也越來(lái)越多，相關(guān)技術(shù)隨著研究的推進(jìn)也更加成熟，逐步形成了趨于成熟和體量龐大的建立在產(chǎn)學(xué)研基礎(chǔ)上的微納米材料產(chǎn)業(yè)。2016 年，《新材料產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布，規(guī)劃指出將對(duì)新材料10 個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域扶持。隨后的《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》指出將重點(diǎn)擴(kuò)展納米材料在光電子、新能源、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，開(kāi)發(fā)智能材料、仿生材料。2018 年發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)資源共享平臺(tái)建設(shè)方案的通知》為新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力支撐[7-8]。近年來(lái)，微納米功能材料因具有獨(dú)特的化學(xué)、物理以及生物功能，已成為信息技術(shù)、能源技術(shù)、生物技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，同時(shí)也對(duì)改造一些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)如化工、建材等起著重要作用。

目前，我國(guó)已形成了長(zhǎng)三角、珠三角和京津翼三大微納米材料產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，此外，成都、重慶地區(qū)也是新型的產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)。我國(guó)的微納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，目前主要目前應(yīng)用于化工領(lǐng)域如抗?jié)櫇窈痛呋Ч?、光電領(lǐng)域如光學(xué)器件、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域如藥物遞送器官修復(fù)、軍事領(lǐng)域如抗沖擊材料。在各方面的共同努力下，我國(guó)的微納米科技得到巨大的發(fā)展，在前沿基礎(chǔ)研究、應(yīng)用技術(shù)與成果轉(zhuǎn)化等方面取得了重要進(jìn)展，躋身世界微納米功能材料大國(guó)。

3 微納米功能材料在生物醫(yī)學(xué)上的實(shí)踐應(yīng)用

用微納米材料制作的骨科、牙齒、器官已經(jīng)廣泛市場(chǎng)化，具有磁性和熒光效應(yīng)的微納米材料也被用在腫瘤治療上，將微納米材料附上標(biāo)記物，利用其理化性能的光熱治療從而達(dá)到靶向清除腫瘤，精準(zhǔn)治療的效果，另外，微納米材料也被應(yīng)用到高血壓、失眠、神經(jīng)疼痛的治療上[9]。微納米在生物醫(yī)學(xué)上的成熟實(shí)踐應(yīng)用具體可以分為以下模塊。

3.1 微納米醫(yī)療芯片材料

將微納米制作成輕薄簡(jiǎn)便的芯片材料（見(jiàn)圖1），通過(guò)特異性的芯片材料上人的體液的反應(yīng)情況即可對(duì)疾病做出診斷，同時(shí)也可對(duì)做出遺傳診斷。由于微納米材料本身的特點(diǎn)可以在核酸、蛋白質(zhì)與基片之間靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的附著力，將小型化、高通量、高分辨率多個(gè)特性集于芯片材料上。

圖1 微納米材料制成的生化反應(yīng)芯片用于檢測(cè)人體疾病

3.2 微納米醫(yī)用仿生材料

根據(jù)對(duì)機(jī)體器官組織上力學(xué)形變及功能的要求，將微納米材料制成特異的仿生材料，如假肢胳膊關(guān)節(jié)接合處的表面材料（見(jiàn)圖2）。將纖維排列式地植入微納米仿生材料里，極大地增強(qiáng)了軟體的黏附性和貼合力[10]。

圖2 微納米材料制成的骨骼關(guān)節(jié)用于器官組織仿生

3.3 微納米藥物遞送載體

由于微納米材料極小的微米納米量級(jí)的尺寸以及其特異的理化性質(zhì)，自然而然成為了承載藥物遞送的載體（見(jiàn)圖3），對(duì)于靶向到達(dá)病灶治療提供了很強(qiáng)的支持效果，由于其微小的尺寸，方便進(jìn)入體內(nèi)以及被消化排出體內(nèi)。

圖3 微納米材料用于藥物遞送的載體

3.4 微納米材料制作人體生物可穿戴設(shè)備

由于微納米材料具有優(yōu)異的柔性特性，非常便于貼合人體生物外表層，加上其本身具有的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、光學(xué)透明性等特點(diǎn)。近些年來(lái)，柔性可穿戴生物設(shè)備的研究于開(kāi)發(fā)越來(lái)越廣泛，得到了廣大研究人員的關(guān)注。特別是微納米材料制成的柔性穿戴設(shè)備在人體診斷和監(jiān)測(cè)層面的應(yīng)用（見(jiàn)第36頁(yè)圖4）越來(lái)越成熟，這類的微納材料穿戴設(shè)備一般具備生理和生化、運(yùn)動(dòng)傳感方面的功能。例如診斷高血壓患者患病情況，監(jiān)測(cè)人體的血糖、心率、呼吸頻率、運(yùn)動(dòng)情況和血氧飽和度情況[11-12]。

圖4 微納米材料制成的采集人體血壓的可穿戴設(shè)備

4 結(jié)語(yǔ)

隨著人口老齡化、日益加重的生存環(huán)境問(wèn)題，以及人類對(duì)自身的關(guān)注度隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展提高，微納米功能材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的重要程度越來(lái)越高。同時(shí)，微納米生物醫(yī)學(xué)材料對(duì)國(guó)民健康診療起著不可替代的作用，助推了腫瘤治療、疾病診療醫(yī)學(xué)事業(yè)的快速發(fā)展，相信隨著研究技術(shù)的深入，在今后的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，微納米材料會(huì)發(fā)揮出越來(lái)越卓越的貢獻(xiàn)。盡管目前微納米材料的制備合成有了大量的比較成熟的研究和技術(shù)鋪墊，但在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用層面的研究還有很多工作需要進(jìn)行，隨著微納米材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研發(fā)的繼續(xù)推進(jìn)，相信微納米功能材料的在生物醫(yī)學(xué)上的發(fā)展也必將進(jìn)入一個(gè)新階段。