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屆國際分子篩大會上,分子篩在醫(yī)藥學(xué)科中的應(yīng)用成為大會上一個亮點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。目前對于沸石分子篩在此領(lǐng)域中的硏究覆蓋了環(huán)境保護、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)沸石可以在很大程度上降低動物體內(nèi)肝臟、腎臟以及骨骼肌中134Cs的含量。有機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植物體內(nèi)的重金屬元素。同時,還可以有效地吸收某些小分子量的有機化合物。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飼料更有效地被家畜吸收以外,還有一個更為重要的應(yīng)用就是可將抗菌劑負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)可以對抗菌劑起到緩釋作用,提高抗菌劑的利用率,增強抗菌效果。

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,將對鏈球菌產(chǎn)生極強的抗菌效果。近年來,以日本為代表的國家率先在世界范圍內(nèi)掀起了推廣沸石分子篩型無機抗菌材料的熱潮,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,啟動了這一方面的工作。

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,對人體沒有任何毒副作用以及具有分子級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人體的刺激作用,控制藥物的釋放速度及延長藥物的作用時間?，F(xiàn)有研究文獻顯示,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入到分子篩孔道體系中。對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。

當藥物尺寸較大時,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物理過程。在這個過程中,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,分子篩的孔口將會被遮蓋,從而影響藥物分子的進入;分子篩的孔徑太小,孔道結(jié)構(gòu)就較復(fù)雜,則會在吸附過程中發(fā)生孔道堵塞。另外,雜原子的引入也會影響沸石分子篩對藥物的吸附。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)對照組的壽命長,且小白鼠體內(nèi)腫瘤的數(shù)量與體積都有明顯下降。同時,通過毒性檢測后發(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,阻止腫瘤細胞的生長。
沸石分子篩這種神奇的抗癌功能到目前為止仍然是個謎。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;為什么沸石分子篩對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,必須對過氧化氫進行精確測量。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,而且還促進了酶催化過程中底物的轉(zhuǎn)化。因此,研究者正在嘗試利用這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,可以準確測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,并已在實際醫(yī)療中得到應(yīng)用。同時,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巨噬細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)了研究人員對其在骨骼生長中作用的興趣。A型分子篩對成骨細胞的增殖、分化有著明顯的促進作用。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。
在銀系無機抗菌材料方面,通過離子交換過程中對分子篩材料的化學(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大分子適配功能好的分子篩載體,將青霉素等有機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,進一步的研究正在進行中。
沸石分子篩獨特的結(jié)構(gòu)特性使眾多的研究者對其在醫(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)識范圍。

因此,其藥理至今沒有一個合理、完整的解釋。但有一點是肯定的:作為藥用的沸石分子篩材料,必須嚴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。