综述：纳米炼金术：离子液体在医学领域中对金属颗粒的改造

《Drug Discovery Today》：Nano alchemy: Ionic liquids transforming metallic particles for medicine

　　

Azad Bharti|Anuja Muley|Shubham Mule|Muktika Tekade|Sreeharsha Nagaraja|Nupur Vasdev|Pravin Kamble|Rakesh K. Tekade

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  可调性的离子液体既可以作为溶剂，又能起到稳定剂的作用，从而控制金属纳米粒子的合成。
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  经过离子液体处理的金属纳米粒子稳定性更高，聚集现象更少，且生物活性更强。
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  粒子大小、电荷状态以及活性都与合成过程中所用的离子液体结构密切相关。
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  离子液体与金属纳米粒子的复合体具有协同的抗菌、抗炎、免疫调节以及药物递送功能。
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  对于离子液体处理的金属纳米粒子而言，可规模化生产以及符合相关法规要求是其在临床应用中需要考虑的重要因素。

引言

全球化、经济增长以及消费者需求的变化促使人们寻求简单、廉价且可持续的方法来制备先进的功能性材料。这些研究逐渐聚焦于以更环保的方式合成那些能够提升健康水平、保护环境且具有商业化前景的物质。由于具备可调性，离子液体在制药领域受到了广泛关注。¹利用具有生物相容性、可生物降解、无毒性以及抗菌功能的离子液体作为绿色溶剂，为材料科学和生物医学领域带来了一场绿色革命。²离子液体通常被定义为熔点低于100°C的熔融有机盐。³它们在物理化学性质方面具有很高的灵活性，比如低蒸气压、低粘度、在常温下不挥发、能与水混溶以及极性可调控，因此可以被用作各种催化反应的“设计型溶剂”⁴或“绿色溶剂”⁵。离子液体还能作为高效的向水性物质⁶，并能促进物质穿透生物膜⁷，从而提升临床治疗效果。

金属纳米粒子及其氧化物因其尺寸较小、表面积与体积比高、易于功能化处理且不会腐蚀，而拥有出色的物理化学性质，因此成为极具价值的医疗应用材料。由于化学活性、稳定性、特异性、灵敏度以及功效方面的优势，金属纳米粒子在药物递送、化妆品以及诊断领域已展现出巨大的应用潜力。⁸此外，金属纳米粒子还具有天然的生物功能，可通过抗炎、抗菌和抗氧化作用缓解多种局部疾病。在癌症治疗、活性氧生成、基因沉默以及免疫反应调控等方面，金属纳米粒子也被用作大分子治疗药物以及靶向药物递送的载体。⁹作为新型光敏剂时，它们的独特光学特性还有助于增强皮肤癌的细胞毒性疗法。¹⁰目前有多种制备金属纳米粒子的方法，其中化学还原法是一种较为简单且成本较低的方法，可通过该法将金属盐转化为金属纳米粒子。不过，这类方法存在一些难题，比如难以控制粒子大小和结构完整性，生物相容性不足，而且由于粒子聚集会导致稳定性下降。¹¹有研究指出，离子液体可以通过在金属纳米粒子表面形成保护性的静电层来稳定它们，从而无需使用额外的封端剂。¹²离子液体的可调性以及丰富的结构形式，使其成为制备金属纳米粒子的理想反应介质。因此，经离子液体处理的金属纳米粒子在缓解多种疾病方面具有巨大潜力，不仅能发挥协同抗菌作用，破坏表面生物膜，还能作为高效的渗透促进剂。¹³目前关于离子液体和金属纳米粒子的研究多侧重于二者各自的适用性以及作为治疗手段的潜在价值，但尚缺乏从整体角度探讨经离子液体处理的金属纳米粒子，包括其设计、药用特性、治疗效果以及相关监管问题。本文旨在阐述经离子液体处理的金属纳米粒子的潜在应用价值，并为该领域的进一步研究指明方向。

章节概要

用于制备金属纳米粒子的离子液体的设计及可控质量参数

要制备经离子液体处理的金属纳米粒子，就需要全面评估离子液体的结构特性、性质、反应活性以及电荷状态等因素。此外，合成过程中的pH值、温度以及反应速率等条件也会影响生产的规模化和成本。¹⁴

电荷

在离子液体中，阳离子和阴离子的重要性主要体现在存在较大的不对称有机阳离子以及较弱的无机或有机阴离子，这些因素使得离子液体具有更特殊的性质

制备经离子液体处理的金属纳米粒子的生物学机制

了解离子液体合成的生物学机制及其对金属纳米粒子稳定性的影响至关重要，这需要分析离子成分与周围环境之间的相互作用。

离子液体的设计与合成

酸碱反应、盐类互换反应、烷基化反应、微波辅助反应以及超声辅助离子交换树脂法都是常见的离子液体制备方法。这一过程中首先生成所需的阳离子，然后再进行阴离子的交换。

离子液体的药用特性

在制药领域，离子液体被越来越多地用于改善药物的递送效果和制剂质量，以解决药物溶解度差、渗透性不佳、稳定性差以及生物利用度低等问题。当离子液体与金属纳米粒子结合使用时，还能产生协同效应，进一步提升其在多种药物递送方案中的实用性。

离子液体作为溶剂

在化学还原法中，离子液体是高效的金属纳米粒子溶剂，它作为一种无毒、无需添加稳定剂的介质，能够调控金属纳米粒子的电荷、大小以及形态。离子液体还

经离子液体处理的金属纳米粒子：案例研究

含有银、金、铜、锌、钛等金属的金属纳米粒子，因其具备抗菌、抗炎以及抑制细胞增殖的特性，被广泛应用于生物医学领域的各种治疗中。经离子液体处理的金属纳米粒子的研究正处于不断发展阶段，在药物递送、癌症治疗、抗菌治疗、诊断以及生物传感等领域都展现出了显著的协同效应。

经离子液体处理的银纳米粒子

银纳米粒子已被广泛

经离子液体处理的金属纳米粒子的治疗特性

经离子液体处理的金属纳米粒子凭借其强大的抗菌、抗炎、免疫调节以及抗癌潜力，具有出色的治疗多种疾病的能力。

作为抗菌剂的经离子液体处理的金属纳米粒子

经离子液体处理的金属纳米粒子属于一类新型抗菌剂，具备多种模式的抗菌特性。其抗菌机制包括由于静电作用而实现的靶向吸附，以及后续的释放过程

知识产权与监管现状

针对经离子液体处理的金属纳米粒子的知识产权状况正在快速发展，这反映出人们对该项创新技术的日益重视。该领域的专利涵盖了合成方法、催化应用以及材料稳定化技术等多个方面。这些专利强调了离子液体在控制金属纳米粒子大小方面的作用，有助于提升其稳定性以及催化效率。不断扩大的知识产权体系进一步凸显了这类材料的应用潜力

经离子液体处理的金属纳米粒子面临的瓶颈

在过去的几十年里，经离子液体处理的金属纳米粒子逐渐成为配方师们青睐的选择，而且如前文所述，不同代次的离子液体也在不断取得新的进展。然而，将其用作渗透促进剂以及制备金属纳米粒子的反应介质时，仍存在一些局限性。很明显，当离子液体被水稀释后，其效果会显著下降，因为离子成分之间仅依靠较弱的相互作用结合在一起。此外，离子液体的亲水性也使其容易

未来前景与结论

离子液体的概念有可能取代传统溶剂，用于金属纳米粒子的合成，这一前景引发了工业界的广泛关注。欧盟的REACH法规通过逐步淘汰有害化学品并推动采用更安全的基于离子液体的工艺，来保障安全与环境保护。第四代离子液体被设计为能够对温度、光线、磁场以及电场等刺激做出响应，这将进一步提升药物和金属纳米粒子的递送效果。截至目前，已有多种先进的无机金属离子，如银离子等，被用于相关研究

CRediT作者贡献说明

Azad Bharti：撰写——初稿撰写、可视化处理、方法设计、正式分析、数据整理、概念构建。Anuja Muley：撰写——初稿撰写、验证工作、方法设计、实验研究、正式分析、数据整理。Shubham Mule：撰写——初稿撰写、验证工作、软件应用、资源协调、实验研究、正式分析、数据整理。Muktika Tekade：撰写——初稿撰写、验证工作、方法设计、实验研究、正式分析、数据整理、概念构建。Sreeharsha

致谢

R.K.T.想要感谢古吉拉特邦生物技术计划机构，该机构为寻找解决抗菌素耐药性问题的新颖创新方案提供了支持（项目编号：202425_40）。R.K.T.还要感谢新德里的印度医学研究委员会，该机构通过编号为2021-14161以及IIRP-2023-4849/F1的资助项目，为R.K.T.实验室的研究工作提供了资金支持。Sreeharsha则要感谢科学研究处的支持

Azad Bharti目前正在艾哈迈达巴德NIPER大学药剂学系，在Rakesh K. Tekade博士的指导下攻读博士学位。他的研究方向是开发基于离子液体的金属纳米粒子，用于治疗银屑病以及促进慢性伤口愈合。此外，他的研究兴趣还包括利用计算机引导的设计方法（即质量设计理念）开发各类药物递送系统，并通过临床前实验来研究这些系统的功效与安全性。