止血、抗菌、藥物載體,高嶺土在生物醫藥領域潛力無窮!

2021-01-21 粉體技術網

礦物材料在生物醫學中的應用十分廣泛,歷史也非常悠久。《本草綱目》已經收藏的礦物藥有161種。蒙脫石可用來治療腹瀉,滑石可以中和反應調節胃酸。高嶺土具有典型的二維層狀結構,粒徑小(約為300~500nm)以及較好的生物相容性,在生物醫學領域也有廣泛的應用。

1、止血材料

《本草綱目》記載:以高嶺土為主要成分的白石脂可用來吸收有毒物質、收斂固澀、止血、制泌等功效。2006年,美國Z-Medica公司研製了一種被稱為「戰傷紗布」的高嶺土止血產品,應用於無法使用止血帶的特殊部位,便攜、易用且高效,保存期限為5年。

基於天然止血劑代赭石控制出血性能,成功合成一種新型的鐵氧化物/高嶺土納米黏土複合材料,其氧化物的形態對其止血效果具有顯著影響。α-Fe2O3-kaolinKAc停止出血時間為183s左右,止血性能遠好於FeOOH-kaolinKAc(298±14s)、γ-Fe2O3-kaolinKAc(212±11s)和Fe3O4-kaolinKAc(218±15s)。與高嶺土30%的溶血率相比,α-Fe2O3-kaolinKAc僅顯示輕微的溶血率(<0.11%),並且有效加速了傷口的癒合。較好的生物相容性、止血活性和低成本,使得α-Fe2O3-kaolinKAc可用於治療外傷性損傷和預防大量失血。

將傳統商品沸石基止血劑Quikclot與層狀矽酸鹽體外止血性能比較,結果表明,層狀矽酸鹽(合成水滑石、系列蒙脫石、高嶺石)黏土礦物在體外止血過程中不釋放熱量,且凝血特性廣泛,兼有價格低廉,穩定無毒的特性,可作為新型凝血劑代替QC。

水熱法合成了一種石墨烯-高嶺土複合海綿凝膠(GKCS)。兔子動脈損傷實驗結果表明,複合物的止血時間為73±12s,止血性能顯著提高。實際應用方面,將高嶺石浸漬紗布用於扁桃體切除術後止血,5min後84.8%的病人已完全止血,而使用傳統標準術後紗布只有34.8%的病人止血。

2、藥物載體

高嶺土組成簡單,是天然的典型1:1層狀矽酸鹽礦物,徑厚比大,尺寸小,具有較好的生物相容性。因此高嶺土可作為一種載體實現藥物的裝載與釋放。但由於其本身離子交換能力弱,藥物分子只能吸附在高嶺土表面,較難進入層間,結合不夠緊密,藥物裝載效果受影響較大。

以甲醇插層後的高嶺土為載體,與未改性的高嶺土做對比,負載小分子化療藥物5-氟尿嘧啶後發現,改性後的高嶺土裝載量高達55.4%,比改性前高嶺土高出147.3%。這是因為高嶺土層間嫁接甲氧基後擴大了高嶺土層間距,為藥物分子提供了新的活性位點,促進了藥物進入層間。

3、抗菌材料

哥倫比亞亞馬遜黏土(AMZ)富含高嶺土和膨潤土,遠古時期哥倫比亞當地人常吞食AMZ治療消化不良和腹瀉,標準化檢驗證明該黏土有抗菌性能。

將環氧沙星吸附在高嶺石表面,1h後達到了最大吸附量。與蒙脫石相比,高嶺石的離子交換能力較弱,故抗菌劑更容易釋放,有更好的殺菌效果。通過測定CPB吸附量,發現CPB-高嶺石,在[CPB]超過其CMC值時具有抗菌活性。當CPB在高嶺石上負載量較高時,整體電荷由正轉負,從而具有吸附細菌並最終殺死細菌的能力。因此,高嶺土可以很好地應用於殺菌,而且在有機黏土作為抗菌劑的開發過程中,表面活性劑固定在黏土上的量必須超過CMC值。

4、組織工程

具有介孔結構和高度互聯大孔網絡的三維介孔生物玻璃(3D MBG)支架被認為是骨骼組織應用的理想生物材料。但其固有的脆性和較差的機械強度嚴重影響了其性能和臨床應用。

以高嶺土為黏結劑,採用改性聚氨酯泡沫(PU)模板法,成功製備了一種具有優異力學強度、礦化能力和良好細胞反應的三維MBG支架。所研製的混雜MBG-xk具有85%的孔隙率。隨著高嶺土含量的增加(5%~20%),抗壓強度在2.6~6.0MPa之間,是傳統PU-template MBG支架的100倍左右。加入高嶺土後,MBG-10K支架的pH環境更加穩定和理想,蛋白吸附能力增強。此外,以大鼠骨髓基質細胞為模型,體外細胞培養實驗表明,與MBG相比,MBG-xk支架具有相似的細胞增殖、穿透能力、增強的細胞附著和成骨能力分化,尤其是MBG-10K。

未來對高嶺土結構及其性能機理的研究更加深入、微觀,高嶺土必將在更多的新興領域發揮出更大的作用。

來源:孟宇航,尚璽,張乾,楊華明.高嶺土的功能化改性及其戰略性應用[J].礦產保護與利用,2019(06):69-76.

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