引言
納米科學已經發展成為當今世界上三大支柱科學（生命科學、信息科學、納米科學）之一。納米材料的特殊性質使之在電子學、光學、化學、生物、醫藥等諸多領域都具有重要價值，并得到了廣泛應用。納米科技預計將導致人類未來生產和生活方式的革命性變化，已經成為當前發達國家投入最多，發展最快的科學研究和技術開發領域之一[1].隨著納米技術的產業化，各種形式的納米尺度的物質已經通過不同的途徑進入我們的生活。然而，任何一項新的技術都會具有"雙刃劍"的兩面性，納米科學技術也不例外。與納米科學技術蓬勃發展趨勢相比，人們對納米技術的生物效應與安全性的關注和研究明顯滯后。
與此同時，一個將納米技術與生物、化學、物理、毒理學與醫學等領域的實驗技術結合起來，研究納米尺度物質與生命過程相互作用及其結果的新興科學領域-納米生物效應也逐漸形成。相關報道指出，處于納米尺度的材料可能跟周圍的環境發生特殊的物理、化學上的相互作用而產生潛在的生物效應。研究結果表明：納米材料可能在細胞、亞細胞甚至分子層次上影響正常的生理功能，破壞細胞膜的完整性，使核酸受到損傷，引起蛋白質的失活與氧化，造成能量傳導的中斷及由活性氧引發的細胞凋亡，并且，一些納米顆粒與蛋白質分子大小相仿，能夠很容易地在生物體內運動，沉積到某些器官當中，甚至能穿過細胞膜屏障，進入到線粒體中，從而引發機體的有害反應。Case 等人最近還發現，納米粒子甚至能夠不通過細胞膜屏障而對細胞內的 DNA 和染色體造成損傷，其損傷程度與直接暴露在納米粒子里相似。然而，同細胞直接暴露在納米粒子中不同的是：這種 DNA 損傷并沒有引起顯著的細胞凋亡。這種損傷的機制可能是由嘌呤核苷酸（ATP）和在細胞屏障內細胞之間通過連接蛋白間隙連接或半通道和激活蛋白通道信號傳導引起。他們建議：
在評價納米粒子安全性時，必須要考慮其直接或間接的潛在遺傳毒性；當利用納米材料進行疾病診斷標記時，也必須要考慮對細胞膜屏障后組織的潛在傷害。
1 納米生物效應
1.1 殺菌消毒
目前，國外新型無機抗菌劑的開發與加工技術發展較快，已經形成一系列產品，其中納米 TiO2高催化活性抗菌劑是具有最好的市場前景的品種之一。日本在 TiO2光催化抗菌材料研究與應用起步較早，今后的發展目光投向歐美等國際抗菌產品市場，也極其關注中國抗菌塑料的發展，紛紛搶灘中國市場。Pang 等首次采用單分散的核/殼結構的量子點作為光敏劑，制備了量子點光敏納米 TiO2膜?；钚匝鯇嶒炞C實了量子點具有光敏性能。同時，抗菌和 DNA 損傷實驗也證實了量子點光敏納米 TiO2膜具有很強的光敏活性。本課題組[2]采用微量熱法，研究了 CdTe（QDs）/TiO2對 E.coli 的抑制作用，并與納米 TiO2對 E.coli 的抑制作用進行了對比，測定并分析了產熱功率-時間曲線、生長速率常數（k）、最大產熱功率（Pm）、傳代時間（tG）以及抑制率（I）等熱動力學常數。
結合 Hadama 熒光顯微方法的直觀測試，進一步佐證 CdTe（QDs）/TiO2相對于 TiO2表面結構的改變，可能是導致其抗菌效果較好的主要原因之一。TiO2的殺菌作用通常是在光照條件下進行的，用 LKB 2277 生物活性檢測儀進行研究納米 TiO2及其復合物的無光照條件下抗菌效果。由此可推測，實驗中的抑菌效果主要源自納米顆粒本身所表現出的對細菌的抑制作用，而并非納米 TiO2及其復合物的光催化作用所導致的結果。還為 TiO2納米復合物作為一種抗菌、殺菌材料在控制污染、凈化和自凈清潔劑的有效設計與廣泛應用，提供了理論支持。
1.2 抗蝕性醫學材料
在生物醫學方面，由于納米 TiO2具有一定理化性質和生物相容性，因此，作為醫學材料也受到人們的高度關注。Liu 等研究了 TiO2薄膜與血液的相容性。結果表明：TiO2薄膜對于血液的相容性、抗凝血性、抗蝕性、耐磨損性良好，因此，納米 TiO2可用于生物醫用材料的表面改性。采用電化學法在 Ti6Al4V 基體上通過烷氧基化合物制備出納米 TiO2膜，XPS 的分析結果表明：在生理環境下，納米 TiO2可成為磷灰石異質核化的活性基體。進一步的實驗證明：在室溫下，納米 TiO2薄膜能促使有機小分子在氧化物網絡中快速擴散，從而與有機小分子的功能團形成較強的化學鍵，這就為 TiO2膜在鈦基體上粘附一系列生物化學活性分子提供了可能。劉敬肖等也用離子束合成 TiO2薄膜并對 NiTi 合金表面進行改性，實驗表明，其抗模擬體液的腐蝕性明顯提高，凝血時間也相對延長。
1.3 光動力療法
Xiong 等通過溶膠-凝膠技術，成功合成了硫化鎘量子摻雜的TiO2納米復合材料，基于癌癥細胞的光動力療法，該材料被用作一種新型"光敏劑".通過細胞計數試劑盒-8（CCK-8）法，使用硫化鎘摻雜 TiO2對白血病腫瘤的光催化活性進行了研究。驗結果表明，腫瘤與硫化鎘摻雜的二氧化鈦納米材料在一起時，觀察到其生長明顯受到抑制，并且硫化鎘摻雜二氧化鈦存在下的 PDT 效率比二氧化鈦的顯著更高，表明 TiO2的光催化活性可以由硫化鎘量子點修飾得到有效增強。在可見光照射下硫化鎘摻雜的二氧化鈦可以達到80.5%的降解效率，并且最終濃度僅有 200 微克每毫升。在這種條件下，CdS-TiO2催化納米復合材料對應用于癌癥細胞的治療是非常有希望的。目前，在相同條件下，硫化鎘摻雜的二氧化鈦納米復合材料殺死 HL60 癌癥細胞的 PDT 效率要高得多，其進一步揭示了二氧化鈦的光催化滅活機理，可以由 CdS 量子點修飾大大地改進。同時發現，針對 HL60 細胞，在 15 焦每平米的光照條件下，硫化鎘摻雜的二氧化鈦納米復合材料的 PDT 效率可以在 200 微克/毫升的濃度條件下達到 80.5%.硫化鎘二氧化鈦納米復合材料對癌細胞的高光催化滅活效果表明，基于光動力療法治療惡性腫瘤，它可能是一種重要有希望的光敏劑。
Xiong 等采用自組裝的方法制備了納米 QDs-CdS/TiO2復合物，并將其以及 TiO2用于 HL60 白血病細胞的光動力實驗。實驗結果表明在 412nm 處 QDs-CdS/TiO2對 HL60 細胞滅活效率高達 86.5%,可見 QDs-CdS/ TiO2復合物對 HL60 細胞有很高的滅活效率，是一種很有潛力的光敏藥物。
1.4 分子印跡
Zhong 等通過巰基取代制備了量子點修飾的納米 TiO2 復合熒光材料。實驗表明，量子點作為敏化劑的納米 TiO2 復合物具有高效的生物選擇性和優良的生物敏感性。
Takeuchi 等以核糖核酸酶 A 作為蛋白質模板，通過分子印跡技術，以共價鍵固定在量子點上，再通過液相沉積法制備了核糖核酸酶 A-印跡 TiO2薄層。當 pH=7.0 時，核糖核酸酶 A-印跡 TiO2的熒光強度隨著核糖核酸酶 A 的濃度的增加而下降，而非核糖核酸酶A-印跡 TiO2/量子點復合物的熒光強度改變較小。結果表明，復合物的熒光強度對蛋白質印跡具有很強的依賴性。
1.5 光電化學免疫測定
Xu 等首次利用光電化學免疫測定法，在天然條件下，成功將CdS QDs/TiO2納米顆粒光電極，應用于心肌標志物肌鈣蛋白 T 的分析與測定。該研究結果將為推動光電化學免疫測定法在更多更復雜的心臟標志物的研究做出重要貢獻。
Zhu 等通過不同粒徑的 CdTe QDs 共敏化合成了一種 TiO2/CdS:Mn 雜化結構的復合材料并開發出了一種超靈敏光電化學測定 DNA 的檢測方法。利用共敏化信號的放大效應，針對 DNA 的探測精度可以達到 27aM.精確探測更低濃度的不同 DNA 靶標，將為不同疾病的早期檢測與診斷提供一個有效平臺。
Cai 等通過在核/殼型的 CdTe/CdS-TiO2納米管光電極上交聯抗三-（2,3-二溴丙基）異氰脲酸酯的抗體制備出了一種非標記的光電發光免疫感受器。該免疫感受器顯示出了對三-（2,3-二溴丙基）異氰脲酸酯高度的選擇性和靈敏性，檢出限可以達到 6pM.在水和土壤體系中，這類免疫感受器也可以實現對三-（2,3-二溴丙基）異氰脲酸酯的有效檢測。
1.6 發光猝滅
Drbohlavova 等利用一種低價、快速、可重復性的模板技術制備了 TiO2量子點陣列。對 BSA 和 DNA 兩種生物分子進行發光猝滅實驗，結果表明：生物分子濃度對發光猝滅有很強的影響，無毒的 TiO2量子點對體外的 DNA、蛋白質等有很強的敏感性。進一步顯示了具有熒光性的 TiO2量子點陣列探測器在疾病診斷和體內成像方面可能具有重要的應用價值。
本課題組[3]采用共振光散射法（RLS）光譜方法，考察了 CZQ-T同 HSA 的相互作用，討論并分析二者相互作用的外源影響因素，綜合分析并歸納出體系的最佳測定條件，為進一步推斷其反應機理提供了可靠的依據。這些提供的 QDs/TiO2復合物與蛋白質結合的信息，將為納米材料與生物大分子的相互作用提供有力的理論支撐，從而有助于進一步了解納米材料的生物相容性和安全性。
2 結束語
雖然量子點修飾納米 TiO2復合材料的制備和應用得到了廣泛的關注，但是該復合材料的在具體領域中的應用的作用機制還不是很明朗，應用領域還很有限，甚至還有一些不同的觀點，這就更需要廣大的科研工作者去深入研究。量子點修飾納米 TiO2復合材料在空氣凈化、表面防霧露、表面超疏水性、表面工程等應用領域還大有可為。
參考文獻：
[1]Yin Y D,Paul Alivisatos A P. Nature 2005,437:664-670.
[2]Li Y S,Li B Q,Sun S F. Acta. Chim. Sinica,2013,71:1656 -1662.
[3]Li Y S,Du J F,Sun S F,Zhao L.Spectros. Spect. Anal. 2014,34（4）：1040-1044.
