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本文全面综述了纳米复合材料在药物递送系统中的应用。介绍了纳米复合材料的类型、制备技术、表征方法，阐述其在药物递送中的分子靶点及优势，探讨面临的挑战、机遇和未来展望，对该领域研究和发展具有重要参考价值。
纳米复合材料在药物递送中的研究进展
在当今生命科学和医学领域，纳米复合材料（Nanocomposites）正逐渐成为研究的焦点，其在药物递送方面展现出巨大的潜力。传统的药物递送系统存在诸多弊端，如药物利用率低、副作用大以及难以精准定位药物作用位置等，这些问题严重限制了治疗效果。而纳米复合材料的出现，为解决这些难题带来了新的希望。
纳米复合材料概述
纳米复合材料是一种由多种材料组成的固态化合物，其中至少有一层材料的维度处于纳米尺度（1nm = 10-9m）。这种独特的结构赋予了它许多优异的性能，使其在工程和医学等众多领域都有广泛的应用。根据基体材料的不同，纳米复合材料主要可分为聚合物基纳米复合材料（PMMC）、金属基纳米复合材料（MMNC）和陶瓷基纳米复合材料（CMNC）。
- 聚合物基纳米复合材料：聚合物由于其轻质、耐用和易于加工等特点，在各个领域应用广泛。聚合物基纳米复合材料通过在有机聚合物基体中分散无机纳米粒子，进一步提升了材料的性能。例如，在食品包装、医疗器械等方面都有其身影。其基体包括各种聚合物，如均聚物、共聚物等，而纳米尺寸的填料则是增强材料性能的关键，能够改善聚合物的电学、磁学、力学等多种性能23。
- 金属基纳米复合材料：自人类文明伊始，复合材料就备受青睐。金属基纳米复合材料的研究始于 20 世纪 70 年代，通过将金属或合金与陶瓷增强材料结合，显著改善了材料的性能，如提高了耐磨性、蠕变性能等。常见的金属基纳米复合材料有镍（Ni）、铜（Cu）等为基体的材料，其增强材料包括氧化物、碳化物等45。
- 陶瓷基纳米复合材料：在陶瓷基体中添加纳米级或超细的第二相粒子，可以有效增强材料的机械性能。如铝氧化物 / 碳化硅（Al2O3/SiC）和氮化硅 / 碳化硅（Si3N4/SiC）等陶瓷纳米复合材料受到了广泛关注，在高温结构材料等领域具有重要应用前景10。
纳米复合材料的制备技术
纳米复合材料的制备技术多种多样，不同类型的纳米复合材料有其适用的制备方法。
- 聚合物基纳米复合材料的制备方法：包括原位聚合法、插层法、溶胶 - 凝胶法等。原位聚合法是基于单体溶液渗入纳米片层并在其中聚合的原理；插层法通过将纳米片层均匀分散在聚合物基体中，可分为溶液插层和熔融插层等；溶胶 - 凝胶法则是使填料或粒子在单体溶液中形成相互连接的网络结构67。
- 金属基纳米复合材料的制备方法：主要有共沉淀法、水热法、溶胶 - 凝胶法等。共沉淀法通过控制盐的沉淀过程来合成金属氧化物纳米粒子等；水热法在高温高压的水溶液中进行化学反应，可制备出具有特定结构和性能的纳米材料；溶胶 - 凝胶法利用温和的反应条件，从分子前驱体合成纳米材料89。
- 陶瓷基纳米复合材料的制备方法：常见的有气相反应技术、自蔓延高温合成（SHS）和燃烧合成（CS）、溶胶 - 凝胶法等。气相反应技术如气相冷凝法可制备出高纯度的纳米晶粉末；自蔓延高温合成和燃烧合成通过高温反应制备高温陶瓷材料；溶胶 - 凝胶法可精确控制材料的化学组成和微观结构1112。
纳米复合材料的表征方法
为了深入了解纳米复合材料的性能和结构，多种表征方法被广泛应用。
- 衍射技术：X 射线衍射（XRD）可用于确定纳米复合材料的晶相和相组成，通过分析 X 射线在材料中的衍射图案，能够了解材料中原子的排列方式和晶体结构13。
- 显微镜技术：扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）能够直观地观察纳米复合材料的微观结构和粒子分布情况。SEM 通过电子与样品的相互作用产生图像，具有较大的景深和高分辨率；TEM 则是利用高能电子穿透样品，获得材料内部的结构信息。此外，原子力显微镜（AFM）可用于扫描纳米复合材料的表面特征，获取其三维形貌和表面粗糙度等信息1415。
- 光谱技术：傅里叶变换红外光谱（FTIR）通过分析分子对红外辐射的吸收情况，来识别分子中的官能团；紫外 - 可见光谱（UV - Vis）用于测量样品在紫外和可见光谱范围内的吸光度，可分析纳米复合材料的电子跃迁情况；拉曼光谱则通过分析光的非弹性散射，确定分子的振动模式，与 FTIR 相互补充，提供更全面的化学组成信息。此外，核磁共振（NMR）能够在原子水平上精确评估纳米材料的结构和化学特征1617。
- 热分析技术：差示扫描量热法（DSC）常用于研究聚合物 / 纳米复合材料的热特性，如玻璃化转变温度（Tg）、熔融和结晶行为等；热重分析法（TGA）通过测量样品在加热、冷却或恒温过程中的重量变化，来分析材料的热稳定性和成分。动态机械热分析（DMTA）则用于评估纳米复合材料的机械性能，如强度、刚度和阻尼等1819。
纳米复合材料在药物递送中的应用
纳米复合材料在药物递送领域展现出独特的优势，能够实现精准的药物递送和控制释放，提高药物的治疗效果。
- 分子靶点：纳米复合材料药物递送系统（NDDS）可以针对多种分子靶点进行设计。例如，细胞表面受体中的叶酸受体（FR）在卵巢癌、乳腺癌和结直肠癌等肿瘤细胞表面过度表达，纳米复合材料可通过包裹叶酸或叶酸配体来特异性地靶向这些受体；转铁蛋白受体（TfRs）在肿瘤细胞和血脑屏障内皮细胞中大量存在，与转铁蛋白结合的纳米颗粒药物能够有效穿越血脑屏障，用于治疗脑部疾病。此外，整合素（αvβ3）、HER2/neu 受体等也是重要的靶点。在细胞内，纳米复合材料还可以针对转运蛋白、核靶点、细胞内酶以及利用 pH 敏感特性进行药物递送2021。
- 治疗效果提升：纳米复合材料能够增强药物的稳定性，提高药物的生物利用度，减少药物对正常组织的毒性。例如，一些纳米复合材料可以通过免疫检查点阻断（如 PD - 1/PD - L1）来调节免疫系统，增强癌症治疗的效果；还可以利用肿瘤微环境的低 pH 特性，实现 pH 敏感的药物释放，使药物在肿瘤部位精准释放，提高治疗的安全性和有效性122。
纳米复合材料药物递送面临的挑战与机遇
尽管纳米复合材料在药物递送领域取得了显著进展，但仍面临一些挑战。
- 挑战：纳米复合材料的大规模生产存在困难，如纳米粉末的高表面积使其容易受到污染，且难以实现大规模、经济的生产；纳米结构难以通过传统的固结方法维持，需要开发新的致密化策略。此外，纳米复合材料的安全性问题也备受关注，纳米粒子在体内的分布、代谢以及对人体和环境的潜在毒性还需要进一步研究2324。
- 机遇：随着科技的不断进步，纳米复合材料在各个领域的应用前景广阔。在医学领域，其在药物递送、手术植入等方面的应用不断拓展；在其他领域，如汽车、航空航天、电子等，纳米复合材料也因其优异的性能受到青睐。市场对纳米复合材料的需求逐渐增加，预计其市场规模将以一定的增长率持续扩大2526。
纳米复合材料的未来展望
纳米复合材料作为一种新型材料，在未来的生命科学和医学领域有着巨大的发展潜力。随着生物信息学、3D 打印和个性化医学等先进技术的不断进步，纳米复合材料有望实现更精准的药物递送和个性化治疗。例如，在生物传感方面，纳米复合材料可用于制备高灵敏度的酶传感器；在再生医学中，纳米复合支架能够促进骨再生；在水净化领域，纳米复合膜可提高膜技术的可靠性。此外，纳米复合材料还将在可持续农业、电子等领域发挥重要作用，为解决全球性问题提供新的解决方案2728。
纳米复合材料在药物递送及其他生物医学领域展现出了巨大的潜力和广阔的应用前景。尽管目前还面临一些挑战，但随着研究的不断深入和技术的持续创新，纳米复合材料有望为人类健康和社会发展带来更多的福祉，成为未来医学和材料科学领域的重要研究方向之一。
