碳基有机纳米颗粒

3　碳基有机纳米颗粒

碳基有机纳米颗粒主要是在纳米富勒烯颗粒和碳纳米管的基础上改性和修饰的纳米颗粒。纳米富勒烯颗粒本身的水溶性很低（<10～9mg/L），连接上特定基团后，其水溶性和脂溶性改变，也被赋予新的生物学性质。与纳米富勒烯颗粒相比，基于富勒烯衍生物的纳米体系具有更大的应用优势。

有报道称，富勒烯及其衍生物在酶抑制、抵抗DNA损伤、抗菌以及自由基清除等领域都有了重大进展。Alessio等人^[6]研究发现了富勒烯的胺基、氨基酸衍生物可以抑制碳酸酐酶的活性，衍生物的活性抑制程度不同可能是因为衍生物与富勒烯笼连接方式及连接基团不同导致对酶活性作用位点不同；Karin等也发现富勒烯衍生物由于其暴露的官能团不同而呈现不同的生物活性^[7]；Ueng等^[8]发现富勒醇能使单加氧酶，如NADPH（辅酶Ⅱ的还原型）细胞色素P450还原酶等的活性减弱；宋高广等^[9]制备并表征了两种富勒烯膦酸衍生物的纳米颗粒水悬液，发现这两种富勒烯膦酸衍生物纳米水悬液具有作为DNA限制性内切酶抑制剂的生物活性。黄彬等^[10]发现富勒烯-甘氨酸衍生物在光照条件下能够杀死小鼠骨瘤细胞，且这种作用与自由基的产生有关；Qiao等^[11]利用DNA荧光探针测定了二磷酸四乙酯、富勒烯酸、富勒醇可以诱导海拉细胞产生不同的活性氧自由基。

姚璐等^[12]通过富勒烯和其衍生物的对比试验发现二加成亚甲基富勒烯[60]二膦酸四乙酯（Bis-methanophosphonate fullerene，BMPF）的纳米水悬液（nano-BMPF）和富勒醇纳米水悬液（nano-Fullerol）对细菌生长的影响，结果发现两者均能抑制金黄色葡萄球菌的生长，且nano-Fullerol对金黄色葡萄球菌生长的抑制可能与活性氧无关，nano-BMPF对金黄色葡萄球菌生长的抑制则可能与超氧阴离子自由基（O².-）有关。试验证实了纳米颗粒对革兰氏阳性菌和阴性菌的作用不同，且这种作用可能与细胞壁结构或是两种纳米颗粒的物理化学性质有关，nano-Fullerol无需溶剂介导、直接溶于水即可得到，在水中的分散性更好，粒径更小，发挥的抑菌效果更明显。

Naohide等人^[13]经过细菌回复突变试验、染色体畸变试验，以及微核试验均验证了稳定的C⁶⁰颗粒物无明显毒性；朱小山等^[14]试验发现C⁶⁰水溶性衍生物（C⁶⁰（OH）^16-18）未对斑马鱼胚胎发育产生任何毒性迹象；富勒烯的三种羟基衍生物（低羟基化C₆₀（OH）₂₀、中等羟基化C⁶⁰（OH）²⁴、高羟基化C⁶⁰（OH）³²）与人体表皮角质细胞作用，也没有引起可观的毒性效应^[15]。

关于富勒烯衍生物毒性的问题仍存在争议^[16]，也有研究表明nC⁶⁰及其衍生物的暴露能导致细胞^[17]、细菌^[18]以及部分水生生物^[19]受到伤害，并能够引起过敏反应。Chen等^[20]给小鼠皮下注射的表面被连接上白蛋白和甲状腺球蛋白的C⁶⁰，能被免疫系统识别，引起过敏反应。张静姝等人^[21]的研究说明长期暴露于富勒烯环境，能引起肝细胞脂质过氧化，并推断主要是通过降低细胞内SOD、GSH²Px和CAT蛋白表达水平来实现的。

北京大学的刘元芳院士课题组^[22]利用同位素示踪法研究发现经多羟基水融化修饰的单壁碳纳米管衍生物（SWCNTols）可以像水溶性小分子一样在体内自由穿梭和排泄，并推测一维的纳米空间结构和多羟基表面可能是造就这种分子量大于600 000Da的SWCNTols具有良好生物相容性和代谢行为的原因。

显然对碳基类纳米颗粒的毒性研究由于所选取的样品、试验方法等条件的限制试验结果不一致，但是可以肯定纳米颗粒的活性与颗粒表面取代基的类型^[23]、电性等有关。纳米的活性问题仍然存在争议，但是通过对表面的修饰可以降低其潜在的健康和环境风险，因此工业生产中，在保证产品的用途和性能的前提下应该优先选择低毒或无毒的材料。