手性无机纳米材料在生物研究中的应用

手性无机纳米结构的快速发展已经从本质上的手性纳米粒子扩展到由有机物、金属、半导体及其混合材料制成的更复杂的组装体。其中，由于具有高度增强的生物相容性、低细胞毒性和增强的渗透和保留能力、可编程表面功能等巨大进步，因此进行了大量关于手性分子与非手性纳米粒子（NPs）和具有手性构型的超结构的杂化复合物的研究。

在这篇综述中，作者的目的是强调手性纳米材料在生物系统中的研究现状和临床应用，特别关注手性金属或半导体纳米结构的基本合成、相关的光频圆二色效应、光手性诱导机制及其在生物医学领域的应用，如光疗、生物成像、神经退行性疾病、基因编辑、细胞活性和生物标志物传感等方面的表现，以便为同行研究人员深入了解这一迷人的领域。

图片来源：https://www.thno.org/v11p9262.pdf

手性是生物系统中一个重要的生化特性，广泛存在于分子、细胞和组织水平。生物系统在摄取、传感、合成、代谢等生化过程中也表现出极大的立体特异性和手性特异性，这是因为生物分子的手性可以决定其与其他分子的结合性质，对许多生物事件产生显著的影响。由于手性分子在生物体内的普遍性和重要意义，手性纳米材料在生物医学领域的制备和应用受到了广泛的关注。

以金属和半导体纳米结构为代表的功能性无机纳米材料作为新兴的万灵药，因其具有非侵入性渗透能力、多功能性、改善生物相容性等特点引起了人们的广泛关注。然而，由于细胞微环境的复杂性，传统纳米材料在实际应用中仍面临许多挑战和局限性，然而，手性的引入可以为这些关键问题提供新的见解。

通常，在许多情况下，基质材料为治疗诊断提供了基本的特性/功能。然而，它们在生物相容性方面也存在问题，如长期稳定性，导致金属离子在肝脏、脾脏等网状内皮系统(RES)中长期积累。手性修饰，如手性配体表面功能化，由于包封效应，可在一定程度上改善这些情况。一般来说，基质材料在许多情况下提供了基本的性质/功能的治疗。首先，可以提高基材的性能。此外，由于整个生物微环境在生命过程中都是手性的，手性NPs尤其在生物系统中表现出对映体选择性行为。因此，手性结构(比如非手性NPs +手性配体或非手性NPs的手性组装)作为一种整合，往往既受益于底物，也受益于手性元素。更重要的是，手性也可以诱导全新的性质/功能，原始底物本身没有。

此外，无机纳米材料的手性结构也极大地拓展了无机纳米材料的应用领域。首先，可以提高基材的性能。此外，手性作为自然界的本质，可以使非手性无机材料更具有生物友好性，并在一定程度上将其应用于生物应用。同样，当金纳米粒子的 DNA 桥手性组装体与细胞骨架纤维缠结时，圆极化光子可以加速神经干细胞向神经元的分化。

手性无机纳米材料的生物学和临床应用的示意图。

图片来源：https://www.thno.org/v11p9262.pdf

手性是自然界普遍存在的分子系统的基本特征之一，在生物给药中起着重要的作用。然而，目前研究的手性材料大多是本质上具有手性的系统，如手性分子、生物分子或无机盐等。近年来，手性已被引入到纳米尺度的无机材料中，并在化学合成和多学科生物应用方面取得了巨大的进展。但值得注意的是，针对生物问题的手性无机纳米材料的研究仍处于起步阶段。

大多数手性纳米材料仍处于动物实验甚至理论阶段。手性纳米技术在生物医学和生物工程领域的应用范围应进一步拓宽，需要进一步深入研究手性纳米技术的合成和设计，进一步深入研究手性物质-生物界面的相互作用，进一步拓宽手性纳米技术在生物医学和生物工程领域的前沿应用。（生物谷 Bioon.com）

参考文献

Yining Shao et al. Shining light on chiral inorganic nanomaterials for biological issues. 2021; 11(19): 9262-9295. doi: 10.7150/thno.64511