沸石分子篩材料是一類性能優(yōu)異的新型化工材料,廣泛用于工業(yè)和日常生活中,并可向光電、微電子以及生物芯片等領(lǐng)域滲透。2001年巴黎召開的第13屆國(guó)際分子篩大會(huì)上,分子篩在醫(yī)藥學(xué)科中的應(yīng)用成為大會(huì)上一個(gè)亮點(diǎn)由于分子篩材料具有離子交換、擇形吸附、催化及較高的化學(xué)與生物穩(wěn)定性等獨(dú)特性能且大多數(shù)生化過程又與離子交換、吸附及催化過程密切相關(guān),這就決定了沸石分子篩材料在醫(yī)藥領(lǐng)域中優(yōu)越的可利用性。目前對(duì)于沸石分子篩在此領(lǐng)域中的硏究覆蓋了環(huán)境保護(hù)、抗菌劑、緩腔控釋藥物載體、抗癌助劑、模擬酶及生物傳感器等諸多方面的應(yīng)用。

沸石分子篩作為離子吸附劑及抗菌助劑
沸石分子篩具有出色的離子交換及吸附性能,對(duì)一些放射性元素如Sr,137Cs,砷Co,45Ca以及5cr等有明顯的吸附現(xiàn)象。例如,作為飼料添加劑的斜發(fā)Zeolite可以在很大程度上降低動(dòng)物體內(nèi)肝臟、腎臟以及骨骼肌中134Cs的含量。有機(jī)胺及重金屬離子是構(gòu)成水體污染的重要成分,這些污染物質(zhì)尤其是重金屬離子可以通過食物鏈進(jìn)入人體,而某些天然沸石如菱沸石、斜發(fā)沸石及鈣十字沸石可以有效去除水體中的Cd2+、Pb2+、Zn2+、Cu2+、Cr3+等重金屬離子,有效降低被污染水域動(dòng)植物體內(nèi)的重金屬元素。同時(shí),還可以有效地吸收某些小分子量的有機(jī)化合物。所以,沸石分子篩作為離子吸附劑是一類極具潛力的環(huán)保材料。作為飼料添加劑的沸石分子篩除了可以促進(jìn)飼料更有效地被家畜吸收以外,還有一個(gè)更為重要的應(yīng)用就是可將抗菌劑負(fù)載在沸石分子篩材料上,使其具有抗菌性。沸石分子篩可通過離子交換引入Ag+、Cu2+、Zn2+等金屬離子成為抗菌沸石,而沸石分子篩固有的孔腔結(jié)構(gòu)可以對(duì)抗菌劑起到緩釋作用,提高抗菌劑的利用率,增強(qiáng)抗菌效果。

將這種抗菌沸石添加到塑料中,生產(chǎn)的導(dǎo)尿管可以有效地抵抗大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及假單胞菌的侵蝕。而將Ag+和Zn2+通過離子交換的形式導(dǎo)入斜發(fā)沸石或A型沸石分子篩的骨架中后,將對(duì)鏈球菌產(chǎn)生極強(qiáng)的抗菌效果。近年來,以日本為代表的國(guó)家率先在世界范圍內(nèi)掀起了推廣沸石分子篩型無機(jī)抗菌材料的熱潮,將它們添加在塑料、橡膠、化纖及涂料等基體中,廣泛地用于醫(yī)藥器具、病人衣物、衛(wèi)生器具等醫(yī)用相關(guān)材料中。我國(guó)先后于2001年和2002年在北京連續(xù)召開了兩次抗菌材料產(chǎn)業(yè)大會(huì),啟動(dòng)了這一方面的工作。

沸石分子篩作為緩/控釋藥物載體
由于沸石分子篩具有規(guī)則的骨架結(jié)構(gòu),良好的水熱穩(wěn)定性,對(duì)人體沒有任何毒副作用以及具有分子級(jí)別的孔道直徑和狹窄的孔徑分布范圍,十分適合作為藥物的骨架型載體。利用分子篩作為藥物載體制備的藥物制劑,可以明顯降低藥物對(duì)人體的刺激作用,控制藥物的釋放速度及延長(zhǎng)藥物的作用時(shí)間。現(xiàn)有研究文獻(xiàn)顯示,以天然或改性的斜發(fā)沸石作為控釋阿司匹林的載體最為多見。
通常是通過吸附方法將藥物裝載到分子篩孔道(腔)中,即將藥物溶解于一定的溶劑中,加入沸石分子篩,通過浸泡使藥物分子進(jìn)入到分子篩孔道體系中。對(duì)分子量較小的藥物如水楊酸類藥物,一般是選擇具有籠形結(jié)構(gòu)的微孔分子篩,如天然斜發(fā)沸石、NaY、Naⅹ及Na-ZSM型分子篩。

當(dāng)藥物尺寸較大時(shí),就需要選擇孔徑較大的介孔分子篩如MCM-41等。藥物的吸附過程是一個(gè)物理過程。在這個(gè)過程中,分子篩的有效孔徑、孔道結(jié)構(gòu)以及分子篩的結(jié)晶度將起決定性的作用。分子篩的結(jié)晶度過低,分子篩的孔口將會(huì)被遮蓋,從而影響藥物分子的進(jìn)入;分子篩的孔徑太小,孔道結(jié)構(gòu)就較復(fù)雜,則會(huì)在吸附過程中發(fā)生孔道堵塞。另外,雜原子的引入也會(huì)影響沸石分子篩對(duì)藥物的吸附。通常雜原子的比例越高,吸附量越低。

沸石分子篩抗癌藥物助劑
在患有不同類型腫瘤的小白鼠的食物中添加斜發(fā)沸石后發(fā)現(xiàn),食用這種飼料的小白鼠的壽命比相應(yīng)對(duì)照組的壽命長(zhǎng),且小白鼠體內(nèi)腫瘤的數(shù)量與體積都有明顯下降。同時(shí),通過毒性檢測(cè)后發(fā)現(xiàn),斜發(fā)沸石的加入沒有帶來任何毒副作用。經(jīng)過體外細(xì)胞培植發(fā)現(xiàn),微粉化的斜發(fā)沸石將導(dǎo)致腫瘤干擾蛋白的分泌,阻止腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。
沸石分子篩這種神奇的抗癌功能到目前為止仍然是個(gè)謎。還有許多問題需要深入研究:不溶性的沸石分子篩是如何影響生物體內(nèi)的組織和器官中的生命活動(dòng);為什么沸石分子篩對(duì)人體沒有任何毒副作用;為什么可以被用于醫(yī)療而其他硅鋁酸鹽卻不能;在人體中不存在的沸石是如何影響到人體自身的免疫系統(tǒng)等。

沸石分子篩模擬酶及生物傳感器
沸石分子篩的催化性能使其本身就是一種酶模擬材料。利用分子篩制備的無機(jī)模擬酶與傳統(tǒng)的生物酶相比,具有較高的穩(wěn)定性且易于制造和保存。
將生物酶或其他有機(jī)物裝載在沸石分子篩的孔道之中,就可以制備出生物傳感器。例如,在工業(yè)以及醫(yī)療領(lǐng)域中,必須對(duì)過氧化氫進(jìn)行精確測(cè)量。將亞甲基綠色染料等一起裝載在沸石分子篩的孔道中,可以精確測(cè)量過氧化氫的含量,而且這種生物傳感器可以制備成分子篩膜以增加其穩(wěn)定性和靈敏度。在MCM-41的合成體系中加入剛果紅顏料,可以用于指示存在于液相中某些特定的螯合物,也可以用于指示氣體和液體的pH值。

沸石分子篩的超大孔容和比表面積不但為生物酶在其結(jié)構(gòu)骨架內(nèi)的裝載提供了空間,而且還促進(jìn)了酶催化過程中底物的轉(zhuǎn)化。因此,研究者正在嘗試?yán)眠@種分子篩制備各種生物電極,如將分子篩顆粒加入到葡萄糖氧化酶和碳糊的混合物中,可以準(zhǔn)確測(cè)量微量葡萄糖的存在。

沸石在其他方面應(yīng)用
在血液滲析中,沸石分子篩通常被用來除掉滲析液中的NH,并已在實(shí)際醫(yī)療中得到應(yīng)用。同時(shí),沸石分子篩也可以使高聚物免于暴露在紫外線下降解。這原理被推廣用于皮膚藥品的制備中。另外,研究發(fā)現(xiàn),沸石分子篩粉末還可以用于治療多種皮膚病(如褥瘡)和外傷以及胃腸道疾病純硅型沸石對(duì)巨噬細(xì)胞有很好的控制性能,可以控制原發(fā)性糖尿病和肥胖癥
因此,國(guó)外科學(xué)家通常用這類沸石研究這兩種疾病的發(fā)病原因。沸石分子篩的多孔結(jié)構(gòu)同樣也引發(fā)了研究人員對(duì)其在骨骼生長(zhǎng)中作用的興趣。A型分子篩對(duì)成骨細(xì)胞的增殖、分化有著明顯的促進(jìn)作用。另外,沸石分子篩作為添加劑用在牙科材料中,使其物理性能大幅度提高。
在銀系無機(jī)抗菌材料方面,通過離子交換過程中對(duì)分子篩材料的化學(xué)環(huán)境的調(diào)節(jié)和控制,有效地克服了銀系抗菌劑由于銀的氧化而帶來的變色和相應(yīng)的化學(xué)活性降低的缺陷,形成了一項(xiàng)高效、低廉且環(huán)境友好的抗菌劑生產(chǎn)的新方法,工藝技術(shù)的形成還在進(jìn)行之中。

在分子篩控釋藥物方面,有人以SBA系列的介孔分子篩入手,利用其豐富的表面硅羥基的化學(xué)改性,制備了一類大孔徑、大比表面積和與有機(jī)大分子適配功能好的分子篩載體,將青霉素等有機(jī)大分子組裝到孔腔中后,表現(xiàn)出良好的線性釋放關(guān)系和優(yōu)秀的控釋能力,進(jìn)一步的研究正在進(jìn)行中。
沸石分子篩獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性使眾多的研究者對(duì)其在醫(yī)藥科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用做了大量試探性的研究工作,并為分子篩的包含物化學(xué)提供了豐富的內(nèi)容。然而,對(duì)于沸石分子篩本身所具有的優(yōu)異醫(yī)療效果卻超出了材料研究者的學(xué)識(shí)范圍。

因此,其藥理至今沒有一個(gè)合理、完整的解釋。但有一點(diǎn)是肯定的:作為藥用的沸石分子篩材料,必須嚴(yán)格要求其顆粒尺寸以及潔凈度,這也是今后藥用分子篩材料的工業(yè)化工藝改變以及成本控制的關(guān)鍵。