综述：手性介孔二氧化硅纳米粒子的工程化设计：面向先进应用的模板设计与结构控制

这篇综述系统阐述了手性介孔二氧化硅纳米粒子（CMSNs）的合成策略与结构调控机制，重点探讨了模板诱导（如阳离子/阴离子/非离子表面活性剂）和生物分子模板的作用，揭示了其独特螺旋通道在药物递送（如多柔比星DOX）、手性分离（如高效液相色谱HPLC）和圆偏振发光（CPL）等领域的应用潜力，为纳米多孔硅材料的发展提供了新思路。

　　

引言

手性作为自然界普遍存在的结构属性，表现为几何镜像不可重叠的特性（缺乏S_n
对称元素）。从生物大分子（L-氨基酸、D-糖类）到无机材料，手性特征深刻影响着物质的功能。手性介孔二氧化硅纳米粒子（CMSNs）将传统介孔硅（MSNs）的物理化学优势与分子/宏观尺度的螺旋结构相结合，在药物递送、手性催化等领域展现出独特价值。2004年，首例CMSNs通过手性阴离子表面活性剂模板合成，开启了螺旋通道纳米材料的探索热潮。

手性介孔二氧化硅纳米粒子的合成

模板诱导策略

阳离子表面活性剂：十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）因其长烷基链和季铵基团，能通过静电作用引导硅前体自组装。添加醇类（如正丙醇至正辛醇）可调控胶束曲率，实现从球形到螺旋纳米棒的形态转变。有趣的是，双轴扭曲纳米纤维通过D_6h
到C₂
对称性降低，形成超螺旋结构。

阴离子表面活性剂：N-十四酰基-L-丙氨酸（C₁₄
-L-AlaA）与氨基硅烷共结构导向剂（CSDA）协同作用，可生成六方螺旋通道。非手性十二烷基硫酸钠（SDS）与手性分子（如R/S-APP）结合，能诱导手性纳米管形成，对映体过量（ee）最高达32%。

非离子表面活性剂：Pluronic F127与低分子量两亲物（LMWA）双模板可制备单一手性介孔硅纳米带。聚苯乙烯-b-聚乳酸（PS-PLLA）嵌段共聚物则通过水解-溶胶凝胶过程生成三维螺旋纳米通道。

其他模板：有机凝胶（如糖基凝胶剂）通过氢键模板化合成空心螺旋硅管；DNA与多价金属离子（如Mg²⁺
）的自组装可构建叶轮状手性结构；纳米纤维素晶体（NCC）模板则能产生具有圆偏振光选择性的薄膜。

结构调控

形态设计：反应组成（如C₁₆
-L-Ala/TMAPS/HCl比例）决定相行为，搅拌速率（400 rpm时形成均一螺旋棒）和温度（低温促进螺旋带形成）是关键参数。表面活性剂电离度通过pH调节，影响介孔排列密度。

对映体纯度控制：温度升高会降低ee值，而低碱度环境可增强手性N-酰基氨基酸的紧密堆积，提升ee至90%以上。

螺旋性机制：机械模型表明螺距（P）与棒直径（D）呈正比，而热力学模型指出表面自由能（ΔE_S
）与扭转应变能（ΔE_t
）的平衡决定螺旋构型，α_min
=4.35时为稳定态。

表征技术

透射电镜（TEM）通过(10)晶面间距测量螺旋周期，倾斜样品可判定左/右手性。原子力显微镜（AFM）和三维电子衍射（3D ED）分别解析表面形貌和晶体框架。圆二色谱（CD）和圆偏振发光（CPL）可定量光学活性，如手性铑络合物修饰的CMSNs显示g_lum
达-0.17。

应用进展

药物递送：左旋拓扑结构的CMSNs（如L-TA-PEI@CMSN）像“防滑轮胎”增强肠道粘附，使尼美舒利（NMS）口服生物利用度提升190%。pH/H₂
O₂
双响应手性硅纳米棒（CMSRs）通过CD44靶向和硼酸酯门控，实现肿瘤特异性多柔比星（DOX）释放。

手性分离：CMSNs涂层毛细管柱可分离18种外消旋体（如美托洛尔），相对标准偏差<2.64%。L-丙氨酸-柱[5]芳烃（LAP5）功能化介孔通道对布洛芬（IBU）对映体选择性达5.3。

不对称催化：镍-二胺/MCM-41复合材料催化1,4-加成反应ee值>99%，而TiO₂
嵌入的手性硅框架在可见光下降解罗丹明B效率达97%。

光学材料：手性向列相硅膜负载钙钛矿纳米晶，可实现全色可调CPL；飞秒激光直写技术能在80 μm硅玻璃中诱导±60°光学旋转，创玻璃材料纪录。

结论与展望

未来研究需突破大分子限域（如扩大孔径至>10 nm）、发展多尺度模拟方法，并解决工业化生产中的结构均一性难题。CMSNs作为“结构-功能”一体化材料的典范，将持续推动手性科学与纳米医学的交叉创新。