氮化硼：守护健康的隐形力量！

学术 2024-11-08 12:05 河南

来源： 粉体网

纳米技术是一个涉及在纳米尺度上操纵材料的领域，包括在这一过程中采用的科学原理以及在这一尺度上新发现的物质特性和发展前景。纳米技术已应用于药物输送、肿瘤诊断和治疗、成像、抗菌剂等医学领域的各个方面。纳米材料尺度的变化，会使得其表面物理和化学性质表现出巨大的变化。近年来随着纳米技术的发展，具有类石墨结构的氮化硼（BN）成为一种新颖的医学材料，在抗癌性、抗菌性、药物载体等方面表现出潜在应用价值。

氮化硼纳米材料

氮化硼是一种由第三主族元素硼和第五主族元素氮共同构成的具有六边形规则网络结构的分层分子晶体。在分子晶体层内，硼原子和氮原子通过配位键相结合，此配位键结合力很强，因此层内B原子和N原子结合紧密。而层间则是以分子键连接，由于分子键结合较弱，故其层与层之间极易脱落。

按照晶型的不同，氮化硼晶体结构主要可分为六方氮化硼（h-BN）、立方氮化硼（c-BN）、纤锌矿氮化硼（w-BN）和菱方氮化硼（r-BN）四种，其中六方氮化硼（h-BN）的应用最广。

六方氮化硼（h-BN）作为一种十分重要的无机材料，具有与石墨相类似的结构，且外观为白色粉末，故又被称为“白石墨”。纳米h-BN可以包裹形成零维的BNNPs，卷绕形成一维的BNNTs，剥离形成二维的BNNs和BN纳米带(BNNRs)。以上每种纳米结构都表现出独特的优异性能，例如高比表面、大带隙能量、低介电常数、良好的热稳定性和化学稳定性、优异的生物相容性等。

氮化硼的性质

在不同类型的氮化硼晶体中，由于h-BN和c-BN的性能较为优异，研究人员多对这两个结构的氮化硼进行研究。

h-BN微观图

h-BN的层状结构和晶格参数与石墨类似，每一层内的氮、硼原子之间靠很强的sp²共价键和偶极矩力结合，故h-BN熔点很高，同时具有优异的耐高温和耐火能力；而h-BN的层间则由较弱的范德华力结合，因此层间易滑动，可用作润滑材料。此外，h-BN的禁带宽度可达5.97eV，因此即使在高温下都拥有极高的绝缘性能。概括而言，h-BN的特性主要有以下几点：熔点较高、高导热性、良好的润滑性能、高的机械强度、化学稳定性好、优异的介电性能、良好的生物相容性等。但是h-BN在水中的分散性较差，因此，对h-BN材料进行功能化以改善其分散性将有利于其在生物医疗领域的进一步应用。

c-BN是一种具有闪锌矿结构，属于面心立方晶系，与金刚石具有类似结构的新型超硬材料。c-BN具有极高的热导率、热稳定性、化学稳定性等特性。2009年，学者首次在自然界中发现天然的的c-BN，为其命名为青松矿，但现如今工业上使用的c-BN单晶依旧为人工制备，方法为以h-BN为原料在高温高压下进行合成。

氮化硼在生物医学领域的应用

BN在体外和体内具有良好的生物相容性，在生物应用方面具备石墨烯基材料的相近乃至更为优越的性质，可用于抗菌、药物递送、硼递送剂、组织工程、体内成像等领域。

（1）抗菌

近期，有工作发现氮化硼纳米片对抗菌素耐用性（AMR）细菌具备有效的抗菌作用，在具备良好机体生物相容性的同时不会在长期使用中引发二次耐药性。Kivanc等人研究h-BN纳米颗粒对变形链球菌3.3、巴氏葡萄球菌M3、念珠菌sp.M25和变形链球菌ATTC 25175的抗菌和抗菌膜活性。通过MTT法、SRB法、Pico Green法检测细胞活力来评估h-BN纳米颗粒对人类正常皮肤成纤维细胞和麦丁达比犬肾细胞的毒性作用，实验表明，h-BN纳米颗粒对细菌生长具有较好的抑制效果。

（2）药物递送

h-BN还被认为是极具潜力的药物载体，Cheng等人通过盐模板法一次大批量合成了六方氮化硼纳米片（BNNSs），在体内和体外实验中有效抑制了乳腺癌的增殖，表明了BNNSs在药物递送应用中的潜力。有研究发现，利用球形BN作为载体，脱氧核糖核酸负载的脑钠肽通过内吞途径渗透到肿瘤性IAR-6-1细胞中，然后将DOX释放到细胞质和细胞核中，从而靶向杀死癌细胞。

（3）组织工程

在牙科材料领域，Lee等人通过高能球磨法制备了BNNs并将其分散在氧化锆基质中，通过等离子烧结来固结复合粉末。添加BNNs的氧化锆表现出高达27.3%强度和37.5%的断裂韧性，并抑制了氧化锆基质在潮湿环境中的降解，证明了BNNs作为牙科材料增强材料的潜在价值。Degrazia等人发现加入0.15wt.%的BNNTs时，改善了牙科复合树脂的化学和机械性能并促进了矿物沉积，有助于延长牙齿修复体的寿命。

（4）硼递送剂

氮化硼纳米材料由于其高的硼含量、低细胞毒性，可作为硼中子俘获疗法（BNCT）的硼递送剂。硼中子俘获疗法是一种新型的能够靶向杀伤癌细胞而不会伤害正常细胞的特异性放射癌症治疗方法。聚乙二醇修饰的氮化硼纳米管已被证明可作为硼中子俘获疗法的硼递送剂，在B16黑色素瘤细胞中硼积累约是第二代硼递送剂BSH（巯基十二硼烷二钠盐）的三倍。用聚赖氨酸和叶酸修饰的氮化硼纳米管，在与荧光量子点偶联后，被多形性胶质母细胞瘤细胞选择性地摄取，不仅可作为硼中子俘获疗法的硼递送剂，还可以示踪药物的细胞内行为。氮化硼纳米球还被报道可作为治疗前列腺癌的优质硼库，具备可控结晶度的氮化硼可持续释放硼，从而降低前列腺癌细胞活性并诱导细胞凋亡，原位肿瘤模型证实了空心氮化硼球体的体内抗癌功效。

小结

氮化硼是一种性能优异的无机非金属材料，它可以以四种不同的晶体结构存在，其中最常见的是h-BN和c-BN。近年来，h-BN材料作为石墨烯材料的结构类似物逐渐引起了人们的注意，因其优越的生物相容性和更高的化学稳定性h-BN有望在生物医学应用中替代碳纳米结构。BN因其具有特殊的结构及性质，应用领域非常广泛。然而BN在生物医学方面研究刚刚起步，值得深入研究探索。

参考来源：
1、孙雪苗.氮化硼的制备、表征及性能模拟
2、韩玉信.超细氮化硼纳米晶的制备和硼递送研究
3、张建.BN/SiCw和仿生微织构对UHMWPE摩擦性能改性研究
4、孔莘子.氮化硼基纳米复合体系改性牙科树脂的实验研究5、唐秋娥.氮化硼材料肿瘤抑制作用研究及安全性评估

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