李舒婷 賀萬崇 黃昆侖，2 許文濤，2

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083；2. 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評價（食用）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

介孔二氧化硅納米粒子（Mesoporous silica nanoparticles，MSNs）是一種表面多孔的無機(jī)納米粒子。其具有很多特性，包括：粒子和孔的大小、粒子形狀、多孔結(jié)構(gòu)的可調(diào)節(jié)性，可進(jìn)行表面修飾，良好的生物相容性，以及大的表面積和孔體積。MSNs有多種形狀，可為圓形、桿形或蠕蟲形等，但圓形的MSNs目前研究的相對較廣［1］。可通過在MSNs介孔中封裝上不同的客體分子。例如，信號分子、藥物和基因，表面修飾上不同的基團(tuán)來實(shí)現(xiàn)各種功能的轉(zhuǎn)變。

功能核酸（Functional nucleic acids，F(xiàn)NA）可以分為天然和人工合成兩種，天然的FNA包括核酶、核糖開關(guān)等，人工合成FNA包括適配體、核酶、脫氧核酶及G-四鏈體等［2］。FNA不僅具有催化功能，也能夠與配體結(jié)合［3］，其中適配體可特異性的識別非靶核酸物質(zhì)［4］。

功能核酸檢測技術(shù)是目前主流的檢測技術(shù)之一，而納米材料與功能核酸相結(jié)合的檢測技術(shù)更是檢測技術(shù)發(fā)展的一個趨勢?，F(xiàn)在，MSNs與FNA相結(jié)合主要應(yīng)用在醫(yī)藥領(lǐng)域作為抗癌藥物或基因的遞送載體實(shí)現(xiàn)藥物或基因的靶向運(yùn)輸。而將這兩者制成生物傳感器運(yùn)用到檢測技術(shù)領(lǐng)域主要是通過在MSNs表面修飾上化學(xué)基團(tuán)，將FNA共價結(jié)合或靜電吸附在MSNs表面作為封端劑，F(xiàn)NA在外界物理、化學(xué)等因素的刺激下改變構(gòu)像或從MSNs表面脫離實(shí)現(xiàn)介孔中客體分子的可控釋放，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為熒光信號、電信號等達(dá)到檢測的目的。

目前，有相關(guān)綜述論述了MSN的合成、藥物遞送、基因遞送及其相關(guān)應(yīng)用等［1，5］。本文將著重綜述近幾年來介孔二氧化硅介導(dǎo)的功能核酸檢測技術(shù)，旨為進(jìn)一步探究該項檢測技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

1 介孔二氧化硅納米粒子的基本屬性、制備及應(yīng)用

1.1 介孔二氧化硅納米粒子的基本屬性

MSNs是一種表面多孔的無機(jī)納米粒子，其粒徑在幾十到幾百納米之間不等，孔洞直徑一般為幾納米。MSNs粒子以及介孔表面均帶有負(fù)電荷［6］。Keasberry等［5］在以MSNs為載體向細(xì)胞內(nèi)遞送核酸時指出，可以通過將一些帶正電荷的末端基團(tuán)修飾在MSNs表面或在其表面結(jié)合帶有末端氨基的小分子或脂類使MSNs表面帶正電荷，易于與帶負(fù)電荷的核酸結(jié)合。除此之外，MSNs還具有良好的表面化學(xué)特性，這使得其表面易于被聚陽離子修飾［7］，如在MSNs表面修飾碳硅烷樹突狀分子作為寡核苷酸鏈的遞送載體［8］。另外，MSNs表面也易被官能化，如形成 MSN-NH2、MSN-COOH［9］、MSN-N3和 MSNCl［10］等。

1.2 介孔二氧化硅納米粒子的制備方法

1.2.1 一般介孔二氧化硅納米粒子的制備 制備MSNs的方法有多種，目前應(yīng)用最廣泛的是溶膠-凝膠法［1，9，11］。Wu 等［12］指出，性能優(yōu)良的 MSNs應(yīng)具有以下幾個特性：一是能夠穩(wěn)定懸浮于溶液中；二是具有可控的孔徑；三是粒徑均勻且孔洞體積大。一個MSNs懸浮良好的溶液可以應(yīng)用到光譜技術(shù)中并大大減少光的散射，通過精確調(diào)節(jié)孔徑大小可選擇性的裝載生物聚合物。此外，控制MSNs顆粒大小可以精確定量需要攜帶的貨物，而孔體積大（即納米粒子壁相對較?。┑腗SNs則更易被生物降解。另外，他們還介紹了用改進(jìn)Stober法來合成MSNs，這種方法制備的MSNs具有統(tǒng)一的粒子大小。Tang等［1］在概述MSNs的制備方法時指出MSNs的孔洞的大小和形狀主要取決于表面活性劑模板的性質(zhì)；可以通過調(diào)整二氧化硅前體物質(zhì)和表面活性劑的比例，使用堿性催化劑控制pH值以及添加共溶劑和有機(jī)溶脹劑來調(diào)控粒子的大小和形狀，粒子可為圓形、棒形和蠕蟲形等。對于制備中空MSNs，一般為雙模板法；同時，Tang等也提出了如軟模板法、自我模板法等新的MSNs的制備方法。

1.2.2 磁性介孔二氧化硅復(fù)合納米粒子的制備 2017年，Bazmandegan-Shamili等［13］制備了具有較強(qiáng)的吸附能力的磁性介孔二氧化硅（Magnetic mesoporous silica，MMS）并將其應(yīng)用于殺蟲劑的固相微萃取。在制備MMS過程中，作者在Fe3O4表面覆蓋一層SiO2，以此復(fù)合粒子作為核，再利用傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法在核的外面包裹一層介孔二氧化硅就形成了所需的MMS。Lu等［14］采用濕化學(xué)法合成氨化的磁性介孔二氧化硅納米粒子，此納米粒子的中心同樣是Fe3O4。在合成過程中需要利用正硅酸乙酯（Tetraethyl orthosilicate，TEOS）和3-氨基丙基三乙氧基硅烷（3-aminopropyltrie-thoxysialane，APTES）的水解和縮合。Snoussi等［15］則借助于超聲波化學(xué)合成了一種核/雙殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料：Fe3O4@NH2-mesoporous silica@Polypyrrole/Pd。

雖然不同的研究者在制備MSNs的過程中存在一定的差異，但都離不開表面活性劑作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，且大多數(shù)為CTAB，少數(shù)為P123。此外，TEOS常被用來作為MSNs的前體物質(zhì)。

1.3 介孔二氧化硅納米粒子常見的應(yīng)用領(lǐng)域

目前，MSNs已經(jīng)被科學(xué)家應(yīng)用到各個方面。其中，應(yīng)用最廣泛的則是將MCM-41，MCM-48和SBA-15這3種類型的MSNs作為藥物和基因的遞送載體，研發(fā)可控藥物釋放系統(tǒng)，用于疾病治療［1］。2012年，Li等［6］在研究納米機(jī)器用于癌癥治療時，研制出了一種光控介孔藥物釋放系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是基于偶氮苯修飾的核酸控制。偶氮苯的異構(gòu)化可以誘導(dǎo)互補(bǔ)DNA雜交和去雜交，從而控制MSNs孔門的開閉；在可見光波長下，偶氮苯為反式結(jié)構(gòu)，DNA雜交，孔處于關(guān)閉狀態(tài)，藥物被截留，紫外光波長下，偶氮苯為順式結(jié)構(gòu)，DNA去雜交，孔打開，藥物得到釋放。Bertucci等［16］利用MSNs聯(lián)合遞送替莫唑胺（抗癌藥物）和抗miR221的聚精氨酸-肽核酸（R8-PNA）誘導(dǎo)耐藥神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的凋亡，R8-PNA通過靜電相互作用固定在MSNs表面。另外，Li等［17］將連接有咪唑樹枝大分子的介孔二氧化硅納米粒子用于阿霉素和生存素shRNA表達(dá)質(zhì)粒的共同遞送，協(xié)同治療癌癥。Li等［18］則利用葉酸功能化的磁性介孔二氧化硅納米粒子實(shí)現(xiàn)藥物和核酸的共遞送以增強(qiáng)抗腫瘤功效。該納米復(fù)合粒子具有葉酸受體靶向和磁性靶向的雙靶向功能，通過葉酸受體介導(dǎo)的途徑進(jìn)入細(xì)胞，能夠同時遞送阿霉素和VEGF shRNA。

此外，Zhang等［19］用聚乙烯亞胺修飾MSNs表面，使其表面氨基化，通過靜電吸引將pDNA固定在MSNs表面從而實(shí)現(xiàn)基因的遞送用于疾病治療。Chen等［9］使用DNA作為一種基于生物分子的質(zhì)子響應(yīng)帽系統(tǒng)用于MSNs，設(shè)計出了一種PH刺激智能響應(yīng)性門控釋放機(jī)制。Pu等［20］構(gòu)建出了第一個基于MSNs和DNA的鍵盤鎖系統(tǒng)，基于邏輯控制，他們使用DNA鏈置換來觸發(fā)包埋在MSNs孔中的客體分子的釋放。也有研究者利用核酸適配體封蓋的MSNs構(gòu)建了一種新型、簡便及免標(biāo)記的肌紅蛋白定量檢測方法，檢出限為1.1 nmol/L，低于臨床醫(yī)學(xué)診斷臨界值（5 nmol/L）［21］。

2 介孔二氧化硅納米粒子上修飾功能核酸的方法

各種功能核酸與MSNs的結(jié)合方式也存在差異。如：C四聯(lián)體（具有胞嘧啶堿基序列的四鏈DNA結(jié)構(gòu)）通過酰胺鍵與MSNs進(jìn)行連接［9］，單鏈DNA也可以通過酰胺鍵等共價鍵固定在MSNs表面［11，22］。Li等［17］先用氰酰對MSNs進(jìn)行表面修飾，然后將帶有氨基的單鏈DNA（ssDNA）與氰?；Y(jié)合，通過酰胺鍵將ssDNA固定在MSNs表面。Li等［6］對MSNs在水溶液中吸附DNA的機(jī)理進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，DNA與硅表面結(jié)合的驅(qū)動力主要有3部分：一是靜電屏蔽效應(yīng)；二是脫水作用；三是分子間氫鍵，并且DNA是單層吸附于MSNs的表面。此外，增加鹽的濃度和降低PH值可以促進(jìn)DNA吸附在MSNs表面。另外，也可以通過靜電吸附作用將寡核苷酸鏈固定在MSNs表面［23-24］。

3 介孔二氧化硅-功能核酸熒光生物傳感器

在將MSNs和FNA結(jié)合運(yùn)用到熒光生物傳感器的過程中，大部分科學(xué)家偏向于利用FNA作為封端劑，將熒光劑封裝在介孔中，當(dāng)靶物質(zhì)出現(xiàn)時，可與MSNs表面的FNA結(jié)合使孔打開釋放出熒光劑，通過測定溶液的熒光強(qiáng)度進(jìn)一步確定靶物質(zhì)的含量。Climent等［23］利用MSNs介導(dǎo)的功能核酸檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對支原體的檢測。他們將MCM-41作為載體，用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）對其進(jìn)行表面修飾，因氨丙基在中性水中帶有部分正電荷，帶有負(fù)電荷的寡核苷酸鏈可以與其發(fā)生相互作用從而固定在MCM-41表面使孔處于關(guān)閉狀態(tài)，將若丹明B熒光染料截留在孔內(nèi)。當(dāng)支原體基因組DNA出現(xiàn)時，寡核苷酸鏈與其互補(bǔ)配對，從MCM-41表面脫離，孔打開，若丹明B染料得以釋放。通過測定溶液的熒光強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)對于支原體基因組的定量檢測。該檢測技術(shù)與聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase chain reaction，PCR）具有相似的選擇性，但更簡單、高效、成本更低，可避免PCR信號放大過程中由于錯誤復(fù)制而導(dǎo)致對結(jié)果的干擾。Wang等［25］首次制備出了表面連接有序核酸聚集體（Orderly nucleic acid aggregates，ONAAs）的 MSNs（ONAAs-PCMSN），并基于利用ONAAs-PCMSN的非破壞性擴(kuò)增策略開發(fā)出了用于miRNA檢測和活細(xì)胞中熒光亮點(diǎn)的原位成像技術(shù)。該檢測方法可以通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移（Fluorescence resonance energy transfer，F(xiàn)RET） 有效地將信號放大（圖1）。該方法測得的熒光強(qiáng)度與miRNA濃度的對數(shù)具有很好的線性關(guān)系，檢測線低，特異性高，有好的可重復(fù)性。這也為特異核酸序列的檢測提供了一個新的檢測方法。Borsa等［26］通過二氧化硅磁納米顆粒-MSN/寡核苷酸綴合物聯(lián)用來檢測血液樣品中的金黃色葡萄球菌。此外，Chen等［27］首次利用點(diǎn)擊化學(xué)（即Cu（I）催化炔-疊氮環(huán)加成反應(yīng)）技術(shù)將含有凝血酶適配體的雙鏈DNA（dsDNA）固定在裝載了熒光劑FITC的MSNs表面，設(shè)計了一種刺激響應(yīng)性熒光生物傳感器用于血清中凝血酶的檢測。這種利用點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)的加蓋過程幾乎實(shí)現(xiàn)了FITC的零泄漏。

圖1 在單細(xì)胞中通過靜電自主裝形成有序核酸聚集體用于miRNA 檢測［25］

4 介孔二氧化硅-功能核酸電化學(xué)生物傳感器

在介孔二氧化硅介導(dǎo)的功能核酸電化學(xué)生物傳感器的應(yīng)用中，雖然檢測方法有所不同，但研究者基本都采用具有電活性的亞甲基藍(lán)（Methylene blue，MB）作為信號分子來監(jiān)測被檢物質(zhì)的濃度變化。如Liu等［28］基于G-四鏈體DNA功能化的MSNs和亞甲基藍(lán)作為信號分子開發(fā)了電化學(xué)生物傳感器測定DNA甲基轉(zhuǎn)移酶活性。其中G-四鏈體DNA作為鎖控制MB的釋放。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶含量越多、活性越高，釋放的MB信號分子越多；信號分子的含量可轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流信號進(jìn)行顯示。該方法具有選擇性高、方便、成本低以及快速等優(yōu)點(diǎn)，除可用于檢測DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的活性外也可用于篩選DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑。Gan等［29］設(shè)計了一種基于G-四鏈體/氯高鐵血紅素功能化的并嵌入MB的MSN的多重放大無酶電化學(xué)免疫傳感器用于檢測微囊藻毒素-LR（MC-LR）。隨著溶液中MC-LR濃度的升高，電化學(xué)信號逐漸降低（圖2）。該方法的檢測限是0.3 ng/L，相較于Zhao等［30］的檢測方法靈敏度有所提高但設(shè)計更加復(fù)雜。

圖2 MC-LR電化學(xué)免疫傳感器的構(gòu)建［29］

2017年，Wang等［31］利用富含胸腺嘧啶（T）的ssDNA來封蓋MSNs制成電化學(xué)傳感器用于檢測谷胱甘肽（GSH）。其中，固定在MSNs表面的ssDNA在加入Hg2+之后通過T-Hg2+-T錯配形成雙鏈結(jié)構(gòu)的DNA/T-Hg2+-T復(fù)合物將電活性的MB封在介孔中，當(dāng)靶物質(zhì)GSH出現(xiàn)時，通過競爭性位移反應(yīng)形成GSH-Hg2+，雙鏈結(jié)構(gòu)DNA轉(zhuǎn)變?yōu)閱捂?，孔打開，釋放MB，利用正十二烷醇修飾的SPE電極轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘枺源藖頇z測GSH的含量變化。

5 介孔二氧化硅-功能核酸化學(xué)發(fā)光生物傳感器

對于介孔二氧化硅-功能核酸生物傳感器，化學(xué)發(fā)光生物傳感器的制備研究較少，而可視化生物傳感器還未見報道。2016年，Chen等［32］設(shè)計了基于刺激響應(yīng)MSNs的化學(xué)發(fā)光生物傳感器用于可卡因的檢測。研究者將可卡因核酸適配體作為封端劑，葡萄糖作為客體分子封裝在MSNs介孔中，當(dāng)靶物質(zhì)可卡因出現(xiàn)時與適配體結(jié)合，適配體從單鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榍o狀結(jié)構(gòu)，孔打開，葡萄糖分子釋放出來，在葡萄糖氧化酶作用下與溶液中溶解的O2反應(yīng)生成H2O2，H2O2進(jìn)一步與溶液中魯米諾發(fā)生氧化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)化學(xué)發(fā)光。根據(jù)化學(xué)發(fā)光的信號強(qiáng)弱來判斷可卡因的含量。該傳感器檢測限為1.43 μM，相較于之前報道過的一些方法，該方法具有更高的靈敏度。

6 介孔二氧化硅-金屬納米粒子功能核酸生物傳感器

目前，有很多科學(xué)家將金屬納米粒子應(yīng)用到介孔二氧化硅-功能核酸生物傳感器中作為封端材料或催化劑等。Chen等［11］設(shè)計出了一種PH驅(qū)動的響應(yīng)控制釋放DNA納米開關(guān)，其中一條DNA鏈與Au-NPs相結(jié)合，作為MSNs封端劑，控制孔中貨物分子的釋放。堿性條件下，兩條DNA鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，孔被Au-NPs堵住，貨物分子被截留在孔內(nèi)，酸性環(huán)境下，結(jié)合有Au-NPs的ssDNA形成四鏈體結(jié)構(gòu)，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，孔打開，貨物分子得到釋放。此納米開關(guān)具有良好的封閉效果，且該系統(tǒng)靈敏、快速、能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制。Wang等［24］利用鉑納米粒子（Pt-NPs）可催化無色的四甲基聯(lián)苯胺（Tetramethylbenzidine，TMB）氧化生成藍(lán)色的氧化TMB（oxTMB）的特性，將Pt-NPs與MSNs相結(jié)合來無標(biāo)記檢測DNA。Pt-NPs在MSNs的中心通過介孔與外界相通，寡核苷酸鏈通過靜電作用吸附在Pt@mSiO2表面將孔堵住，當(dāng)靶DNA鏈出現(xiàn)時，Pt@mSiO2表面的寡核苷酸鏈與其互補(bǔ)配對從Pt@mSiO2表面脫離，孔打開，溶液中的TMB進(jìn)入孔中與Pt-NPs接觸觸發(fā)氧化反應(yīng)變?yōu)樗{(lán)色的oxTMB?？梢酝ㄟ^檢測溶液中oxTMB的吸光度來實(shí)現(xiàn)靶DNA的定量測定。該方法免去了標(biāo)記DNA過程的繁瑣，并具有良好的單堿基對錯配鑒別能力，但是線性范圍較窄，而且為了使Pt@mSiO2表面吸附的核酸鏈飽和，核酸的濃度必須達(dá)到Pt@mSiO2濃度的60倍左右。

圖3 Fe3O4@nSiO2@mSiO2-T-TRDNA的合成過程以及檢測和去除Hg2+的原理［33］

7 磁性介孔二氧化硅-功能核酸生物傳感器

在磁性介孔二氧化硅納米粒子（MMSNs）的制備中，一般采用Fe3O4作為磁性核形成復(fù)合納米粒子。利用MMSNs的強(qiáng)趨磁性可以實(shí)現(xiàn)該納米粒子簡便、快速的富集。例如，He等［33］將Fe3O4外面包裹一層無孔二氧化硅作為核，再在其外面覆蓋一層介孔二氧化硅形成一種核-殼結(jié)構(gòu)的納米粒子（Fe3O4@nSiO2@mSiO2），然后在這種納米粒子外表面修飾上富含T核苷酸的ssDNA，孔內(nèi)表面修飾上大量T核苷酸形成復(fù)合納米粒子（Fe3O4@nSiO2@mSiO2-TTRDNA）。研究者利用該種納米粒子構(gòu)建熒光生物傳感器以檢測和去除樣品中的Hg2+（圖3）。

Xiong等［34］設(shè)計合成了一種適配體固定化的磁性介孔二氧化硅-金納米粒子復(fù)合物用于人類血清中胰島素的檢測。通過固定在孔內(nèi)Au-NPs上的適配體來捕獲胰島素，將胰島素包裹在介孔中，然后利用納米復(fù)合物的強(qiáng)趨磁性進(jìn)行富集，分離出胰島素，再利用基質(zhì)輔助激光解吸/電離飛行時間質(zhì)譜（Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry，MALDI-TOF MS）來檢測溶液中胰島素的含量。該方法成功降低了復(fù)雜介質(zhì)中背景信號的干擾，并且具有較高的選擇性和靈敏度。最近，Lu等［14］基于MMSNs設(shè)計出了一種可控響應(yīng)性釋放MB+的電化學(xué)傳感器用于檢測端粒酶活性并可用于篩選端粒酶抑制劑。該MMSNs也屬于核-殼結(jié)構(gòu)，磁核/介孔殼即Fe3O4/SiO2。利用MMSNs磁性可以更加方便的將制備的DNA-MMSN-MB+從溶液中分離出來同時減少在分離過程中使DNA分子門打開造成相應(yīng)背景信號增強(qiáng)對結(jié)果的干擾，提高靈敏度。

8 介孔二氧化硅-功能核酸介導(dǎo)的藥物靶向運(yùn)輸

MSNs作為藥物遞送載體用于靶向治療癌癥的研究有很多，介孔二氧化硅-功能核酸介導(dǎo)的藥物靶向運(yùn)輸同樣得到了許多研究者的關(guān)注。Wang等［35］通過靜電吸引力將ssDNA固定在經(jīng)葉酸（FA）修飾的MSNs表面作為門控，將阿霉素（DOX，抗癌藥物）封裝在介孔中。由于癌細(xì)胞表面的FA受體過表達(dá)，DNA/MSN/FA/DOX系統(tǒng)可以經(jīng)過FA受體介導(dǎo)進(jìn)入癌細(xì)胞實(shí)現(xiàn)藥物的靶向運(yùn)輸，但需要與ATP介導(dǎo)的滾環(huán)擴(kuò)增合成物經(jīng)FA受體介導(dǎo)共同進(jìn)入癌細(xì)胞，才能實(shí)現(xiàn)藥物釋放。隗予榮等［36］設(shè)計了一種靶向可控釋放的藥物運(yùn)載體系，該體系中將介孔二氧化硅包裹在稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒表面，再在介孔二氧化硅表面修飾上可特異性識別人急性淋巴白血病細(xì)胞上PTK7蛋白的核酸適配體用于藥物的靶向運(yùn)輸。Pascual等［37］將MUC1適配體（MUC1是一種乳腺癌細(xì)胞表面過表達(dá)的蛋白質(zhì)）作為MSNs介孔的封蓋物質(zhì)實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放，該研究者用APTES修飾MSNs使其表面帶有氨丙基，通過靜電相互作用與氫鍵連接從而將適配體固定在MSNs表面，在適配體的作用下實(shí)現(xiàn)藥物的靶向運(yùn)輸。

9 介孔二氧化硅用于生物成像

研究者將MSNs應(yīng)用于生物成像時，會在MSNs中參雜特定的金屬離子，利用金屬離子的熒光特性或核磁共振效應(yīng)等實(shí)現(xiàn)生物成像。Freitas等［38］設(shè)計了一種表面修飾有銅離子的多功能介孔二氧化硅。他們在MSNs表面修飾了APTES，然后利用酰胺鍵進(jìn)一步將DTPA螯合物固定在MSNs上，銅離子通過與DTPA反應(yīng)引入到MSNs表面。銅離子可在核反應(yīng)堆中活化為放射性同位素64Cu為進(jìn)一步將該復(fù)合納米粒子用于PET成像提供了基礎(chǔ)。Hsiao等［39］同樣設(shè)計出了一種多功能MSNs，可在靶向癌癥治療中實(shí)現(xiàn)雙核磁共振和熒光成像，用于成像指導(dǎo)性癌癥治療，研究者將鑭系金屬離子中的Eu3+和 Gd3+參雜在MSNs中。其中，Eu3+可以發(fā)射強(qiáng)烈的紅色熒光；而Gd3+具有順磁性官能團(tuán)，高磁通量和較長的自旋晶格弛豫時間（T1），這使得Gd3+能夠核磁共振成像增強(qiáng)光致熒光的敏感性進(jìn)一步增強(qiáng)Eu3+的紅色發(fā)光。

此外，Shi等［40］以MSNs為結(jié)構(gòu)框架構(gòu)建了一種新型近紅外熒光納米粒子（mSiO2@Gd3Ga5O12：Cr3+，Nd3+）作為多功能納米平臺用于多模式成像和癌癥治療。在該納米粒子中含有Cr3+、Nd3+和Gd3+，其中，Cr3+在254 nm紫外光激發(fā)下在近紅外I區(qū)745 nm處可持續(xù)發(fā)光，Nd3+在808 nm波長激發(fā)下在近紅外II區(qū)1 067 nm處可持續(xù)發(fā)光，并且Gd3+具有優(yōu)異的核磁共振效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了多模式成像。此外該納米粒子的持續(xù)發(fā)光信噪比高，在體內(nèi)成像持續(xù)時間長。Wang等［41］將ICG和W18O49共同封裝在MSNs中構(gòu)建了一種直徑約200 nm的熒光載體（ICG+WO）@MSN）并將該載體用于光熱療法的實(shí)時跟蹤（圖4）。用波長為808 nm的近紅外光照射該粒子時，（ICG+WO）@MSN中的WO可將吸收的近紅外光轉(zhuǎn)化為熱殺死癌細(xì)胞，而ICG可發(fā)射熒光有利于體內(nèi)實(shí)時成像。（ICG+WO）@MSN的構(gòu)建用于ICG成像引導(dǎo)的光熱療法，可以精確殺死癌細(xì)胞，為癌癥治療提供了良好平臺。另外，An等［42］也成功設(shè)計出了一種具有靶向化學(xué)-光熱療法和腫瘤PA/CT成像雙功能的新型納米探針（GMS/DOX@SLB-FA）。

圖4 （ICG+WO）@MSN的合成及其在光熱療法中的應(yīng)用［41］

10 介孔二氧化硅的基因毒性

已有研究者對MSNs的基因毒性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)MSNs具有一定的毒性，但與其他無機(jī)納米材料相比較，毒性相對較低。Quanan等［43］在對MSNs在人胚腎293（HEK293）細(xì)胞中的遺傳毒性進(jìn)行探究時發(fā)現(xiàn)：MSNs可以抑制或促進(jìn)某些人類基因的表達(dá)，其中一些基因可能在細(xì)胞轉(zhuǎn)移中起重要作用；MSNs會引起HEK293細(xì)胞形態(tài)學(xué)改變和DNA降解；但在EGFR或KRAS基因中并未發(fā)現(xiàn)突變，實(shí)驗(yàn)中所用染色體3、7和17也并未檢測到變化，HER2，EGFR或TERC基因也沒有出現(xiàn)擴(kuò)增。這些研究結(jié)果表明暴露于MSNs對正常人類細(xì)胞具有遺傳毒性，特別是會改變一些重要基因的表達(dá)，這種遺傳毒性可能會導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙和某些良性疾病，但未證明暴露于MSNs會誘導(dǎo)與致癌相關(guān)的嚴(yán)重基因毒性，例如DNA突變或染色體變化等。2016年，Niu等［44］研究了MSNs的形狀依賴性基因毒性并建立了一個納米粒子高通量篩選方法。他們得出球形和桿形MSNs都具有細(xì)胞毒性，且桿形相較于球形作用效果更嚴(yán)重。此外，與修復(fù)精通型細(xì)胞相比，MSNs在修復(fù)缺陷型細(xì)胞中會誘導(dǎo)產(chǎn)生氧化損傷和更大數(shù)量的有絲分裂的染色體畸變。

11 展望

目前，MSNs與FNAs相結(jié)合應(yīng)用的方式主要是兩種，一是FNA固定在被修飾MSNs表面作為封端劑，控制孔中客體分子進(jìn)出；二是FNA作為客體封裝在MSN的介孔中進(jìn)行應(yīng)用。其中，將FNA固定在MSNs表面進(jìn)行應(yīng)用的研究相對較多，而第二種方式相對較少，這可能會成為未來的研究趨勢。雖然，MSNs具有一定的毒性，但相較于其他的納米材料毒性相對較低，如果能較好地控制MSNs的量，毒性還是能夠得到很好的控制。但要利用MSNs在人體內(nèi)發(fā)揮作用，其毒性還有待進(jìn)一步研究。此外，目前MSNs與FNA相結(jié)合的應(yīng)用研究基本都存在線性范圍較窄等缺點(diǎn)，這是今后開發(fā)介孔二氧化硅介導(dǎo)的功能核酸檢測技術(shù)需要克服的關(guān)鍵問題之一。

Li等［6］科學(xué)家研制出的光控釋放系統(tǒng)具有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)，首先運(yùn)動和構(gòu)像容易控制；此外對于遠(yuǎn)程控制能力，輻照是一個準(zhǔn)確且簡單的方法；并且它是一種清潔能源，可以反復(fù)快速應(yīng)用而不會損失效率。Kne?evi?等［45］對大孔介孔二氧化硅（LPMSN）在生物分子運(yùn)輸方面的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，說道LPMSN對于大的藥物分子，蛋白質(zhì)或核酸進(jìn)入或離開孔隙系統(tǒng)的傳質(zhì)、擴(kuò)散和滲透能力比較小孔隙的MSNs更有優(yōu)勢；并且在大分子吸附解吸過程中不會改變LPMSN的活性。

MSNs合成靈活、可規(guī)?；a(chǎn)且成本低，是未來工業(yè)化生產(chǎn)的一個獨(dú)特優(yōu)勢［1］。此外，利用磁性介孔二氧化硅的趨磁性能夠?qū)崿F(xiàn)被檢物質(zhì)簡便、快速的富集和分離。在實(shí)際應(yīng)用中，如果能將大孔磁性介孔二氧化硅與功能核酸相結(jié)合設(shè)計一種光響應(yīng)性可控釋放系統(tǒng)用于生物傳感器的構(gòu)建，并用來檢測生物活性物質(zhì)、環(huán)境污染物等，相信這種介孔二氧化硅介導(dǎo)的功能核酸檢測技術(shù)會有很廣泛的應(yīng)用前景。