楊璐，劉碧林，羅婷

（重慶化工職業(yè)學(xué)院，重慶 401228）

多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）具有非常獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其分子結(jié)構(gòu)核心為Si-O-Si 結(jié)構(gòu)單元，由于Si-O 鍵能較大，因此具有良好的化學(xué)惰性和熱力學(xué)穩(wěn)定性。1955 年，BARRY 等[1]證實(shí)了其籠型多面體的硅-氧納米結(jié)構(gòu)。進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代后，由于其獨(dú)特的無(wú)機(jī)-有機(jī)組成，引進(jìn)不同活性有機(jī)基團(tuán)POSS 成為了熱點(diǎn)研究對(duì)象。

POSS 納米粒子的獨(dú)特?zé)o機(jī)-有機(jī)納米結(jié)構(gòu)，可在分子水平上對(duì)各種聚合物材料進(jìn)行改性或?qū)酆衔锉砻孢M(jìn)行修飾，能使聚合物具有顯著的熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性及生物相容性，還可作為載體包封各種目標(biāo)分子，改善目標(biāo)分子的生物相容性。POSS 的特殊結(jié)構(gòu)和性能使其在藥物傳遞、生物醫(yī)學(xué)等方面得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

1 藥物遞送載體

POSS 不會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或壞死，也不產(chǎn)生活性氧，生物相容性較好，是藥物的理想載體材料。

1.1 分子印跡聚合物

分子印跡聚合物（MIPs）具有識(shí)別印跡分子的結(jié)合位點(diǎn)，對(duì)特定模板分子及其結(jié)構(gòu)類(lèi)似物具有特異性識(shí)別和選擇性吸附功能，可應(yīng)用于藥物控制釋放等。研究者發(fā)現(xiàn)，在MIPs 中以聚合或共摻雜方式引入POSS 后，卡培他濱（CAP）的載藥量可達(dá)20.53%，在胃內(nèi)的滯留時(shí)間可提到13.4 h，表現(xiàn)出良好的緩釋效果[3]。

1.2 凝膠遞送系統(tǒng)

以凝膠為基質(zhì)的緩控釋劑型在現(xiàn)代藥學(xué)中應(yīng)用廣泛，對(duì)親水性藥物、疏水性藥物等負(fù)載良好，并可方便靈活地通過(guò)消化道等多種途徑給藥，在胃滯留控釋系統(tǒng)和凝膠骨架片等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

CHEN 等[4]用原位自由基冷凍聚合法將陽(yáng)離子八氨基POSS（Oa-POSS）引入化學(xué)交聯(lián)的陽(yáng)離子聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯水凝膠中，數(shù)據(jù)顯示，凝膠具有更緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度可達(dá)400 kPa；該課題組還將Oa-POSS 引入Ca2+交聯(lián)的海藻酸鈉聚N-異丙基丙烯酰胺凝膠中，改變凝膠網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)密度和交聯(lián)方式后，對(duì)牛血清蛋白的包封率可達(dá)95%，在Tris-HCl 緩沖溶液中表現(xiàn)出明顯的緩釋效應(yīng)。

1.3 基因遞送系統(tǒng)

利用治療性基因治療嚴(yán)重疾病在近幾十年里一直受到科研工作者的重點(diǎn)關(guān)注，外源性的正常基因在遞送過(guò)程中受諸多生物膜屏障的影響，無(wú)法有效到達(dá)靶細(xì)胞并實(shí)現(xiàn)高表達(dá)。

GAO 等[5]通過(guò)“硫醇-烯”鍵合反應(yīng)，合成了星形結(jié)構(gòu)的POSS-功能肽，與pZNF580 質(zhì)粒混合后得到雙元基因復(fù)合物，再與具有EC 靶向配體和順式烏頭酰胺的陰離子聚合物通過(guò)靜電吸附作用結(jié)合，獲得三元基因復(fù)合物。該三元復(fù)合物具有EC 靶向配體、膜穿透、電荷逆轉(zhuǎn)及核靶向等功能，并具有較高的生物相容性，在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移方面取得了較好的轉(zhuǎn)染效果，在體內(nèi)外表現(xiàn)出較高的新生血管化效果。

2 牙科納米復(fù)合材料

POSS 在牙科納米復(fù)合材料領(lǐng)域應(yīng)用較多的是以共聚方式參與改善復(fù)合材料的粘合性、抗菌活性或機(jī)械性能。BURUJENY 等[6]將具有殺菌作用的官能團(tuán)鍵合在疏水性POSS 后，再摻入牙科樹(shù)脂配方修復(fù)系統(tǒng)，所獲得的復(fù)合材料收縮應(yīng)變和細(xì)胞相容性無(wú)顯著變化，表現(xiàn)出吸水率低、機(jī)械強(qiáng)度的惡化最小的特性，對(duì)鏈球菌的抑菌率可達(dá)60%。

3 探針載體與成像劑

3.1 納米熒光探針

由于POSS 剛性的結(jié)構(gòu)與良好的穩(wěn)定性，對(duì)易發(fā)生熒光淬滅的聚集誘導(dǎo)發(fā)射（AIE）活性物質(zhì)進(jìn)行修飾后，可改善其AIE 性質(zhì)，作為靈敏的染料探針應(yīng)用于低濃度物質(zhì)的測(cè)定。ZHU 等[7]將8 個(gè)環(huán)化銥(Ⅲ)聚吡啶配合物接枝到POSS，制備的復(fù)合物在室溫和低溫玻璃溶液下表現(xiàn)出強(qiáng)烈的、長(zhǎng)壽命的橙紅色或紅色熒光。且該復(fù)合物無(wú)細(xì)胞毒性，主要通過(guò)腔隙介導(dǎo)的內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，可作為細(xì)胞滲透生物成像探針應(yīng)用。

3.2 成像劑

用功能化的POSS 對(duì)造影成像劑進(jìn)行修飾可顯著提高其成像能力。ZHOU 等[8]將環(huán)糊精附著的POSS納米球用作主體分子，金剛烷修飾的大環(huán)Gd（Ⅲ）造影劑、cRGD 靶向配體和熒光探針用作客體分子，成功制備出納米級(jí)的球形造影劑，能特異性結(jié)合惡性4T1 乳腺腫瘤中的αvβ3 整聯(lián)蛋白，在腫瘤組織中提供了顯著的熒光信號(hào)，可作為特定癌癥分子MRI 和熒光成像的靶向成像劑。

4 組織工程支架材料

支架材料在組織工程中主要提供一個(gè)有利于細(xì)胞粘附、增殖、分化及生長(zhǎng)的三維支架，要求具有較好的組織相容性、無(wú)毒、可降解，同時(shí)具有較好的力學(xué)強(qiáng)度等。

4.1 心血管支架材料

LIU 等[9]制備了異丁基封端的多肽POSS，并與PCL 通過(guò)靜電紡絲法制備成電紡膜，發(fā)現(xiàn)含8%多肽的電紡膜生物相容性提高，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有明顯的抗菌活性，可能具有應(yīng)用于血管移植物或傷口愈合等領(lǐng)域的潛力。HUANG 等[10]為了改善納米填料和基質(zhì)之間的相容性，將聚L-乳酸鏈（PLLA）接枝到POSS 納米顆粒上，所得納米復(fù)合材料POSS-PLLA 600 的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和生物相容性均有明顯改善，可能是納米顆粒形成多孔纖維納米纖維支架后，能有效地促進(jìn)細(xì)胞粘附和擴(kuò)散。

4.2 人工氣管骨架材料

脂肪族聚碳酸酯型聚氨酯（PCU）是已廣泛應(yīng)用于人體器官及醫(yī)療裝置領(lǐng)域的重要高分子材料之一。TEOH 等[11]利用不可吸收的POSS-PCU 作為分叉氣管支架骨架，將骨架浸入聚(ε-己內(nèi)酯)脲聚氨酯（POSS-PCL）和碳酸氫鈉的液體混合物中，形成可吸收的、多孔的泡沫狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)層和外層，將骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞（bmMSC）和人氣管支氣管上皮細(xì)胞（HBECs）在分叉氣管上進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)支架能成功支持bmMSC 和HBEC 附著和增殖，表現(xiàn)出良好的機(jī)械性能和細(xì)胞浸入，在兒科的氣管置換等應(yīng)用領(lǐng)域上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

4.3 骨生長(zhǎng)誘導(dǎo)材料

YU 等[12]以POSS 為核心，利用巰基-二巰基交換反應(yīng)將聚乙二醇（PEG）鏈和脲基嘧啶酮（UPy）基團(tuán)交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，制備的具有pH 響應(yīng)的“開(kāi)/關(guān)”功能的復(fù)合水凝膠，能在牙周膜干細(xì)胞增殖、附著和成骨，具有生物相容性和高力學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)，在體外和體內(nèi)均顯示出優(yōu)異的成骨潛力。

5 結(jié)語(yǔ)

POSS 具有易修飾的無(wú)機(jī)-有機(jī)結(jié)構(gòu)和良好的生物相容性，對(duì)聚合物材料能實(shí)現(xiàn)良好的改性，進(jìn)一步深入開(kāi)發(fā)其在藥物遞送系統(tǒng)、組織工程支架等方面的應(yīng)用，成為未來(lái)重要研究方向。