综述：硅藻生物硅的合成、特性、修饰及应用

（编辑推荐）本综述系统梳理了硅藻源生物硅（biosilica）的合成、特性及功能化修饰技术，重点探讨了其在生物医学（如药物纳米载体、组织再生）、环境修复（重金属/染料吸附）及新兴领域（SERS分析、色谱）的应用价值，为开发多功能生物材料提供了前瞻性视角。

　　

Abstract

硅藻生物硅（Diatom biosilica）因其独特的纳米多孔结构、高比表面积和生物相容性，成为跨学科研究热点。其天然三维孔道结构（孔径2-50 nm）可通过仿生矿化（biomimetic silicification）定向合成，且化学稳定性优于合成二氧化硅（SiO₂
）。

特性与修饰技术

生物硅表面丰富的硅羟基（Si-OH）为功能化修饰提供了锚定位点。通过氨基化（APTES修饰）、巯基化（MPTES修饰）或金属纳米粒子（如Au/Ag NPs）负载，可显著提升其载药能力（如阿霉素负载率达98 μg/mg）和靶向性。等离子体修饰（plasmonic modification）后的生物硅可实现表面增强拉曼散射（SERS）信号放大10⁶
倍，适用于痕量生物标志物检测。

生物医学应用

• 药物控释：pH响应型修饰（聚赖氨酸涂层）使抗癌药物在肿瘤微环境（pH 6.5）下的释放速率提升3倍。
• 感染治疗：载银生物硅对MRSA的抑菌圈直径达15 mm，同时促进伤口血管生成（CD31⁺
  细胞密度增加2倍）。
• 组织支架：仿生骨支架（HA/biosilica复合材料）的压缩模量（1.2 GPa）接近天然骨，支持成骨细胞（MC3T3-E1）增殖。

环境与能源

• 污染物吸附：巯基化生物硅对Pb²⁺
  的吸附容量达180 mg/g，且可重复使用5次后效率保持90%。
• 光催化：TiO₂
  /biosilica复合物在可见光下对亚甲基蓝的降解率（96%）比纯TiO₂
  高40%。

新兴方向

色谱固定相（C18修饰生物硅）对蛋白质的分离分辨率提升20%；硅藻微电池（diatom-based microbattery）的能量密度达350 Wh/kg，展现其在微型器件中的潜力。未来研究需开发低成本规模化修饰工艺，并探索其在基因递送（CRISPR载体）中的可行性。