综述：介孔碳基纳米平台在生物医学应用中的最新趋势

这篇综述深入探讨了介孔碳纳米粒子（MCNs）的最新研究动态，聚焦其分类、制备修饰策略、关键物理化学性质（如大表面积、宽带UV-Vis-NIR吸收）及多功能生物医学应用，包括肿瘤治疗（PTT、PDT）、抗菌、生物检测和口服药物递送。作者强调MCNs在克服传统疗法局限性（如药物负载效率低、光毒性）中的潜力，并为临床转化提供前瞻性见解。

　　

摘要

介孔碳纳米粒子（MCNs）凭借高比表面积、可调孔径、优异生物相容性和独特光学特性，已成为生物医学领域的研究热点。本综述系统总结了MCNs的分类、制备技术、修饰方法及其物理化学性质，重点探讨了其在肿瘤治疗、诊疗一体化、抗菌、生物检测和药物递送中的应用进展，并分析了临床转化面临的挑战与前景。

1. 引言

纳米材料在药物递送、肿瘤治疗和生物成像等领域展现出巨大潜力。介孔碳纳米粒子（MCNs）作为新兴平台，兼具介孔结构的优势（如高载药量、可控释放）和碳基材料的稳定性（优于金属有机框架MOFs）。其特点包括：大表面积促进高效药物负载；π-π堆叠增强芳香药物吸附；表面易功能化实现靶向递送；近红外（NIR）光吸收支持光热疗法（PTT）和光声成像（PAI）；以及类酶催化活性（如过氧化物酶POD样活性）。这些特性使MCNs在克服传统治疗副作用（如化疗毒性、光动力疗法PDT的氧依赖性）中具有独特优势。

2. 分类

介孔碳基纳米平台主要分为三类：

• 介孔碳纳米粒子（MCNs）：孔径2-50 nm，高比表面积（500-1500 m²/g）和孔体积（0.5-2.5 cm³/g）支持高药物负载（如阿霉素DOX负载率达80%）。其球形结构降低细胞毒性，NIR吸收（650-900 nm）赋能光热转化，局部加热可增强酶活性和药物释放。
• 掺杂介孔碳：
  • 非金属原子掺杂（如N、P）：提升亲水性和催化性能，例如氮/硼共掺杂增强电子转移。
  • 金属/金属氧化物掺杂（如Fe、Cu、MnO₂）：单原子分散（如Fe-N结构）优化催化活性，锰掺杂缓解肿瘤缺氧，增强PDT。
  • 其他物质掺杂（如硅、碳点）：硅掺杂加速降解，碳点（CDs）赋予荧光成像能力。
• 介孔碳基复合材料：如碳-二氧化钛（TiO₂）提升光催化活性，碳-硅纳米复合物（CSNs）可降解为<5 nm颗粒，避免生物累积。

3. 制备与修饰

3.1. 制备

• 模板策略：
  • 硬模板法：以二氧化硅（如SBA-15）为模板，填充碳前体（如酚醛树脂），碳化后酸蚀去除模板，获得有序孔道结构。
  • 软模板法：通过表面活性剂自组装（如蒸发诱导自组装EISA）合成，操作简便但单分散性控制难。
• 单胶束组装法：可编程剪切力调控胶束结构，制备径向梯度介孔碳球，适用于多功能架构（如Janus纳米复合物）。

3.2. 功能修饰

• 表面氧化：强酸处理引入羧基（-COOH）和羟基，增强亲水性和分散性，减少血浆蛋白吸附。
• 靶向修饰：连接配体（如叶酸FA、肽段iRGD）实现肿瘤特异性递送，例如白细胞介素-6受体靶向肽提升药物在卵巢癌中的富集。
• 刺激响应释放：设计pH、谷胱甘肽（GSH）或NIR激光响应系统（如二硫键门控），实现精准药物控释。例如，DOX@MCNs在肿瘤微环境（TME）酸性条件下加速释放，结合光热触发协同增效。

4. 基本物理化学性质

• 大表面积与可控孔径：高比表面积（>1000 m²/g）提供丰富活性位点，孔径调控（4.8-16.2 nm）优化大分子药物（如蛋白质）负载。
• 框架与形态调控：掺杂（如γ-Fe₂O₃）赋予多模态成像能力（如MRI），非对称结构（如树枝状介孔球）提升光热转化效率50%。
• 高负载能力：介孔结构容纳化疗药物、光敏剂（如氯e6 Ce6）或免疫佐剂，负载率可达42.8%。
• **功能