納米材料研究現(xiàn)狀以及在獸藥領(lǐng)域的應(yīng)用進展和前景

【摘要】納米技術(shù)是近些年迅速發(fā)展起來的一個備受矚目的多學(xué)科和跨學(xué)科的研究科學(xué)領(lǐng)域。本文討論了納米材料及其在諸多領(lǐng)域中的應(yīng)用，涵蓋了在經(jīng)濟分析，納米材料的安全問題，各個分析行業(yè)的納米材料研究，討論了納米材料在獸藥領(lǐng)域的發(fā)展概況及應(yīng)用前景，并對其未來發(fā)展進行了展望。

【關(guān)鍵詞】納米材料；檢測；分析；獸藥

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.06.069

The Current Research Status of Nanomaterials and Their Application Progress and Prospects in the Field of Veterinary Medicine

DONG Qingming

（Liaoning Inspection ，Examination&Certification Centre〔Liaoning Institute forAgro-product Veterinary Drugs and Feed Control〕， Liaoning Key Laboratory of Livestock Product Safety， Shenyang 110036， China）

Abstract： Nanotechnology is a highly anticipated multidisciplinary and interdisciplinary research field that has rapidly developed in recent years. This article discusses nanomaterials and their applications in various fields， covering economic analysis， safety issues of nanomaterials， research on nanomaterials in various analytical industries， as well as the development overview and application prospects of nanomaterials in the field of veterinary medicine， and provides prospects for their future development.

Keywords： nanometer material； testing； analysis； veterinary drugs

0引言

納米技術(shù)領(lǐng)域快速發(fā)展的步伐推動了所有學(xué)科的創(chuàng)新，包括從事尖端研究的制藥行業(yè)，疾病診斷的發(fā)展和獸藥分析領(lǐng)域。在與獸藥相關(guān)的納米技術(shù)報道中，各個獸藥研發(fā)以及企業(yè)生產(chǎn)部門，都逐漸開始專注于納米技術(shù)，希望能夠找到解決藥學(xué)研究中難題的方法并提出低成本、安全、高效的藥物開發(fā)新方法與新技術(shù)。納米技術(shù)工具正在為現(xiàn)有產(chǎn)品增加價值，從而在各類藥物特別是獸藥研發(fā)的不同領(lǐng)域開拓新的機遇。在納米范圍內(nèi)，獸藥分子的表面積增加，從而在納米材料的幫助下，有助于增加其吸收。納米藥物由于同時存在親水和疏水環(huán)境而提高了溶解度。我們正處于利用納米藥物進行早期疾病診斷的時代。通過創(chuàng)造性的納米技術(shù)和納米科學(xué)方法，設(shè)計出了具有不同形狀、功能和獨特物理、化學(xué)、生物特性的納米材料，這些材料在制藥工業(yè)特別是獸藥領(lǐng)域中具有極其重要的戰(zhàn)略作用[1-2]。

1納米材料

在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，以納米技術(shù)為基礎(chǔ)的方法導(dǎo)致了治療藥物和藥物配方的發(fā)展。為了對不同的疾?。ò┌Y、艾滋病毒、肝炎、冠心病等）提出有效的診斷治療，并提高人類生活質(zhì)量，在藥物設(shè)計領(lǐng)域正在進行的創(chuàng)新依賴于納米技術(shù)。最常用的納米載體是基于納米顆粒，包括脂質(zhì)體、樹狀大分子、聚合物納米顆粒、無機納米顆粒和金屬納米顆粒、碳納米管、脂質(zhì)納米顆粒、核殼納米顆粒、介孔二氧化硅納米顆粒等。

酶響應(yīng)智能納米材料包括聚合物材料、磷脂和無機材料。有研究者以烷氧基硅烷系、α-環(huán)糊精和多功能肽為原料合成的功能性介孔氧化硅納米顆粒[3-8]，該材料進一步被設(shè)計和應(yīng)用于靶向腫瘤細胞和減少抗腫瘤藥物阿霉素的副作用，得到非常好的效果。納米凝膠是一種熱敏聚合物，加熱到一定溫度即低臨界溶液溫度時，聚合物的構(gòu)象會從親水的線圈到疏水的狀態(tài)發(fā)生變化。它們是松散的交聯(lián)聚合物鏈，排列在三維網(wǎng)絡(luò)中。通過電子顯微鏡、動態(tài)光散射實驗和紫外可見分析，可以確定納米膠囊的結(jié)構(gòu)。

磁性納米顆粒是一類優(yōu)秀的納米材料具有良好的生物相容性和優(yōu)異的磁性響應(yīng)性的材料。根據(jù)報道，研究者設(shè)計出一種新型的具有智能聚合物刷的磁性納米材料，成功應(yīng)用于手性氨基酸的選擇性吸附與分離對映體。此外，智能納米顆粒需要同時控制形狀和納米顆粒合成過程中的尺寸，從而具備傳遞藥物并發(fā)揮作用的能力，進而可以作為應(yīng)對疾病特異性或生理信號的顯像劑。生物可降解的丙烯縮氨酸和聚乙二醇大分子聚合物被引入基質(zhì)中的納米顆粒，其可以明顯有助于觸發(fā)釋放封裝的藥物，起到良好的藥物遞送效果。

同時，可以建立高效的納米數(shù)據(jù)庫來應(yīng)用于多種生物醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)、藥物研發(fā)，特別是獸藥開發(fā)領(lǐng)域。例如，我們可以用紫外-可見分析納米材料和藥物的偶聯(lián)物的熱響應(yīng)特性，利用各種復(fù)雜的工具可以方便地確定納米顆粒在藥物傳遞和靶向中的應(yīng)用。

2納米材料的應(yīng)用

智能納米材料因其較多的優(yōu)異性能，而被廣泛應(yīng)用在細胞水平的疾病治療領(lǐng)域中，并取得了一些重要的研究成果[9-12]。本文著重討論納米材料在電化學(xué)分析、分離分析、光譜分析、藥物研發(fā)和獸藥研究中的應(yīng)用進展。

2.1電化學(xué)分析

納米粒子在生化分析中的應(yīng)用主要有以下幾個方面：納米粒子的表面被高度選擇性的蛋白質(zhì)、氨基酸等修飾；將修飾后的納米粒子引入測試對象，在該物體之間發(fā)生相互作用；提供高選擇性和靈敏度的不同電化學(xué)技術(shù)[13]。

用納米粒子修飾的電極表面增加了電極的表面積，從而使改性的電極比普通電極具有更大的吸附能力[14]。隨著能夠表征和量化生物分子的納米生物傳感器的發(fā)展，生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得了巨大的進展。水凝膠納米顆粒在催化、藥物傳遞和其他生物技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景[15]。水凝膠是在納米粒子存在下被水膨脹的交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)，它們以其優(yōu)越的傳感器性能而被成功地用作電化學(xué)生物傳感器。而且，他們將傳感器的總成本降到最低，增加了生物識別的概率。石墨烯基電化學(xué)傳感器由于具有良好的檢測有機分子的能力而受到人們的廣泛關(guān)注。它為摻入納米顆粒提供了極有吸引力的載體。在其中一項研究中，不同數(shù)量的金納米粒子被嵌入到少層的石墨烯片中，用該復(fù)合電極，即石墨烯復(fù)合納米金顆粒，對鉑電極進行了修飾，以檢測DNA堿基之一腺嘌呤。

2.2分離分析

由于分離分辨率的提高，復(fù)合電極已被應(yīng)用于各類分析中。用一種簡單的方法制備了一種高效的毛細管氣相色譜柱，該柱包覆了十八胺覆蓋的金納米粒子，將固定相納米粒子應(yīng)用于多種分析物的氣相色譜分離。用生物標記物功能化的磁性納米顆粒被用于在磁場存在下與選定的細胞結(jié)合，這被稱為免疫磁分離。納米材料獨特的物理特性使其在癌癥研究領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.3光譜分析

Ag納米結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的表面等離子體共振性能，因此金納米粒子能夠?qū)Ρ砻嫣嵘⑸渲械膯畏肿铀竭M行超靈敏分析。據(jù)報道，殼層分離的銀離子納米結(jié)構(gòu)在儲存16個月后仍具有顯著的等離子體性質(zhì)，具有很高的穩(wěn)定性。該智能銀離子納米結(jié)構(gòu)具有獲得高質(zhì)量的拉曼信號的優(yōu)點，并且可以進一步擴展到用于生物成像表面增強的熒光。納米材料由于具有對微環(huán)境的惰性因而被用于均勻分布的特征成像中。與分子探針相比，納米材料不具有細胞毒性，也不受細胞生物大分子的非特異性結(jié)合的影響。

2.4藥物分析

水凝膠形成多糖在設(shè)計不同形貌和尺寸的納米銀中引起了人們的廣泛關(guān)注。多糖水凝膠是一種智能材料，廣泛應(yīng)用于化妝品、藥品和日常生活。水凝膠已被用于制備銀納米顆粒的封蓋劑或模板劑。葡萄糖醛酸聚糖是一種潛在的水凝膠形成多糖。由于其pH響應(yīng)開關(guān)效應(yīng)，已被用作不同藥物靶向釋放的載體。糖尿病是世界上最可怕、最嚴重的健康問題之一，顯示出驚人的增長速度。約25%的糖尿病患者有可能發(fā)生足部并發(fā)癥即糖尿病性腳潰瘍。已有不同的方法被用來治療該疾病，但這些方法都有局限性。隨著納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，納米顆粒在傷口愈合過程中表現(xiàn)出顯著的結(jié)果。當使用γ-Fe2O3納米粒子時，對于糖尿病性腳潰瘍表現(xiàn)出良好的響應(yīng)。智能納米粒子在醫(yī)藥領(lǐng)域有著不同的應(yīng)用。其應(yīng)用取決于納米粒子的尺寸、表面修飾和與不同分析物的相互作用。在不同的分析技術(shù)中，采用電化學(xué)方法研究了納米粒子與不同分析物之間的相互作用，具有較高的靈敏度和選擇性?；诩{米尺度的智能藥物傳遞系統(tǒng)已經(jīng)為藥物領(lǐng)域鋪平了道路，因為這些系統(tǒng)在目標上與疾病特別結(jié)合，并且具有控制釋放行為。銀納米粒子具有表面等離子體共振特性，被用于超靈敏分析。用石墨烯包覆納米粒子進一步提高了這類等離子體的性能。

3納米材料在獸藥領(lǐng)域研究進展

食品安全中的獸藥凈化領(lǐng)域特別是各種新型納米材料的開發(fā)越來越受到研究者的關(guān)注。張恒等[15]開發(fā)一種制備簡易方法用于制備Fe3O4@Si-C8/C18復(fù)合磁性納米材料，選用豆芽中氯霉素的殘留進行富集純化作為模型進行磁性納米材料的提純應(yīng)用實驗，考證這種磁性納米在小分子提取中的應(yīng)用。結(jié)果表明，所制備的復(fù)合型磁性納米材料在小分子凈化富集中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用價值，尤其在食品安全領(lǐng)域。將納米材料運用于ELISA檢測可以提高檢測的靈敏度，其方法是利用信號分子將過氧化物酶直接或間接標記在納米顆粒上，使得信號分子與檢測抗體比例大大增加，從而提高對痕量物質(zhì)檢測的靈敏度。例如，Zhu等[16]將酶聯(lián)免疫標記與Fe3O4磁性納米顆粒結(jié)合在一起，成功建立了一種新型的、高特異性、快速對豬肉中瘦肉精進行分離富集的方法，并且大幅提升了檢測靈敏度。

在日常使用的動物源性食品中，獸藥以及其應(yīng)用后產(chǎn)生的殘留是非常容易見到的污染物，在動物飼養(yǎng)過程中，獸藥的不科學(xué)使用會導(dǎo)致食品中獸藥的大量殘留，而且極大地危害人民的生命健康，所以獸藥及其殘留非常值得研究者關(guān)注。近年來，在對各類納米以及修飾后的納米獸藥的檢測中，特別是前處理過程中的應(yīng)用越來越廣泛。Yao等[17]建立了一種新型的磁性離子液體-水兩相體系，并將其應(yīng)用于水環(huán)境中氯霉素的富集和測定，選用高效液相色譜紫外檢測法。本研究所建立的這個兩相溶劑系統(tǒng)，具備較高的萃取回收率，特別適用于獸藥待測物的分離富集提取和純化。同時，這類磁性材料與水相聯(lián)用，不含有揮發(fā)性有機溶劑，易于保證萃取效率的穩(wěn)定和高效，而當外加磁場存在時，又對磁場有較好響應(yīng)。另有研究者[18]開發(fā)了并研究了一種基于納米材料的新型分散型固相微萃取技術(shù)，針對豬肉樣品中17β-雌二醇、雌酮和己烯雌酚3種常見獸藥型雌激素，進行分散萃取，樣品處理后，采用普通的HPLC匹配紫外檢測器，即可實現(xiàn)準確靈敏高效的測定，說明該納米萃取系統(tǒng)具有優(yōu)良的萃取效率。

生物傳感器是一種將濃度轉(zhuǎn)換成電信號然后用來對待測物進行檢測分析的儀器，它是基于設(shè)計的分子識別元件與信號轉(zhuǎn)換器相結(jié)合，用于待測物快速測定的一種新型器件。將納米材料與這種生物傳感器相結(jié)合，在農(nóng)藥獸藥殘留方面已有廣泛應(yīng)用。楊欣等[19]將乙酰膽堿酯酶修飾過的Fe3O4@Au納米材料通過磁力吸附于涂覆了復(fù)合膜的絲網(wǎng)印刷碳電極表面，開發(fā)出一種新型的可以用于有機磷農(nóng)藥檢測的酶傳感器，性能非常優(yōu)異，檢測快速并且靈敏度非常高。

4納米材料在獸藥領(lǐng)域研究展望

自發(fā)現(xiàn)以來，智能納米材料已成為一個重要的研究課題。具有獨特性能的智能納米材料為現(xiàn)代科學(xué)研究提供了更多的可能。本文總結(jié)了智能納米材料的特性及其在諸多分析中的應(yīng)用，提供了智能納米材料商業(yè)應(yīng)用的技術(shù)和經(jīng)濟挑戰(zhàn)的概述，需要對這些挑戰(zhàn)進行認真思考，以便在高性能和低成本之間找到平衡，從而實現(xiàn)智能納米材料的有效利用。隨著納米生物技術(shù)和穩(wěn)定納米材料領(lǐng)域的快速研究進展，目前的制藥業(yè)主要集中在發(fā)明藥物，特別是納米醫(yī)學(xué)，以使病人活得更長、更健康。該行業(yè)致力于為具有最小環(huán)境影響的患者帶來關(guān)鍵的納米藥物。近年來，制藥企業(yè)越來越重視生產(chǎn)力的提高、廢物的減少、質(zhì)量的提高和研發(fā)的控制。這不僅是出于降低成本的考慮，而且也是為了提高對可持續(xù)性的認識。制藥公司包括獸藥企業(yè)，近年來越來越重視通過開發(fā)具有相同藥用價值但對環(huán)境影響較小的藥物來提高可持續(xù)性的發(fā)展。整個醫(yī)藥領(lǐng)域的進展，如藥物設(shè)計、個性化藥物、納米醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)、配方和醫(yī)藥保健正在使高質(zhì)量的醫(yī)療保健的可持續(xù)性接近現(xiàn)實。

現(xiàn)代藥物研究的核心目標是縮小實驗室研究與實際應(yīng)用之間的差距，在獸藥領(lǐng)域亦是如此。在對藥物進行分析時，對智能納米材料的研究大多局限于實驗室規(guī)模，因此建議進行商業(yè)規(guī)模的研究。納米產(chǎn)品的商業(yè)化是非常關(guān)鍵的，需要大型制藥和醫(yī)療設(shè)計公司的巨額投資。同樣，需要樂觀的方法來激勵政策制定者設(shè)計以及智能納米材料在可持續(xù)系統(tǒng)中的應(yīng)用。目前，智能納米材料在工業(yè)規(guī)模的獸藥研究中的機會與挑戰(zhàn)并存，在不久的將來，獸藥分析中的智能納米材料將在下一代制藥技術(shù)和設(shè)備中發(fā)揮重要作用。

納米材料特別適用于針對不同的基質(zhì)、藥物以及應(yīng)用需求，通過相應(yīng)的修飾方法對其材料進行改性與制備，從而在充分發(fā)揮納米材料優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，提高對不同類型目標物的特異性或廣譜性分析能力。同時，納米材料具有更廣闊的開發(fā)前景，更多新型的功能化納米材料如雨后春筍般陸續(xù)出現(xiàn)，以其適應(yīng)更復(fù)雜的應(yīng)用。此外，發(fā)展更簡便、高效、快速、安全的材料功能化的方法，與儀器分析聯(lián)用能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的檢測。總之，納米材料以及功能化納米材料作為一種方便高效復(fù)合材料，將在農(nóng)獸藥殘留檢測中得到更多的應(yīng)用，將進一步提升農(nóng)獸藥的快速、靈敏和特異性檢測的水平，以期面對農(nóng)獸藥殘留檢測的更嚴格的要求，進而全面解決因獸藥殘留檢測而關(guān)乎的食品安全問題，實現(xiàn)全民健康的目標。

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【作者簡介】

董慶明，男，1983年出生，高級工程師，研究方向為實驗動物飼養(yǎng)。

（編輯：于淼）