简短的评论
，卷:14(2)

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纳米颗粒的绿色合成——新的文明突破的希望

*通信:

Pogocki D， Rzeszow大学药物化学和纳米材料系生物技术系主任，Pigonia 1,35 -959 Rzeszow，波兰，电子邮件: (电子邮件保护)

评论

世界范围内正在就纳米技术的作用和前景、对人类生活和自然环境的潜在影响进行讨论。就在最近，几个欧盟国家向欧盟理事会(EU)环境理事会提交了“纳米材料柏林宣言”。《柏林宣言》总结了德国、列支敦士登、卢森堡、奥地利和瑞士举行的第12届国际纳米当局对话的结论和建议;并在2018年6月的年度会议上得到了这些国家环境部长的认可[1］．其中一个主要主题的声明是在欧盟所有相关监管环境中对纳米材料的横向定义。毫无疑问，“尺寸很重要”(纳米材料具有与体积材料不同的特性)，纳米技术的进步为另一场工业革命奠定了基础。2］．到目前为止，美国政府成立了国家纳米技术计划(https://www.nano.gov)，将纳米技术定义为“操纵至少一个维度大小为1至100纳米的物质”——可以看出这个定义相当宽泛，不受任何环境背景的影响。

在自然环境中自发形成纳米结构的例子有很多(其中包括金属、金属氧化物和复合纳米颗粒[2-4])，这引发了生物纳米技术的想法[3.］．生物纳米技术简单地描述为一种“自下而上”的自然、细胞和分子机制的使用——从非常小的块中自组装有机或无机纳米结构(总体尺寸超过100纳米的结构，例如纳米颗粒);一个原子接一个原子，一个分子接一个分子，或一个纳米粒子接一个纳米粒子[5］．生物纳米技术的理念恰好满足了“绿色化学”的要求，即生态友好型化学低对自然环境的影响。值得一提的是，自下而上的技术(与更常见的自上而下的技术相反)通过机械或化学方式控制宏观材料的“破碎”，直到颗粒大小达到纳米级［6])可能相当复杂，因为考虑到逐渐增加的前体粒子，即成核作用，其中每一步合成都可能使用不同的块(原子、分子等)[7］．另一方面，自下而上的方法可能很难控制，特别是在细菌或细菌等自然环境中真菌应用培养物或植物提取物。因此，大多数的纳米颗粒绿色合成都是依靠粒子在合理设计范围内的自发形成来完成的。

“大自然的教训”[1生物纳米技术令人难以置信的潜力已在世界范围内得到认可，导致大量纳米合成配方在“绿色化学”的旗帜下发表。每种特定的天然绿色合成环境(即细胞培养、植物提取物等)都有其独特的化学成分和性质——每种环境都提供了独特的“生物反应器”，并有望制造出新的、独特的纳米材料。(有时，在特定的环境下，贵金属纳米颗粒的自组装可能会形成具有非常有趣的集体物理性质的高度组织结构[8])。纳米颗粒技术的出现带来了具有广阔物理化学和功能化特性的广谱纳米颗粒抗菌剂[5］．如今，纳米颗粒的规模与许多生物分子和抗感染剂类似，从而为分子水平上的生物干预开辟了可能性。另一方面，这种供应满足了对新型抗菌剂不断增长的需求，以摧毁致病性多药耐药微生物。特别是，贵金属纳米颗粒似乎是抗生素和磺胺类药物的一种很有前途的替代品。因此，几乎所有新合成的纳米颗粒，如银和金纳米颗粒，都对各种微生物病原体进行了检测，并对哺乳动物细胞培养物进行了体外细胞毒性评估[9-15］．

最近，我们在snpc手册上发表了一章专门讨论纳米颗粒的绿色合成[16］．它涵盖了自然环境，如植物提取物，细菌和真菌，以及由金属(Ag, Au, Cu)，金属氧化物(ZnO, TiO)制成的纳米颗粒₂, ZrO₂， CuO)，核壳和双金属体系(Ti-Ni, Ag-Au, Au-Ag, Cu-Cu)₂O).只要有可能，我们就试图根据过程中所涉及的天然化合物的物理化学特性，在不同的纳米粒子合成途径中找到共同点。坦率地说，这里的绿色合成可能在经济上没有经典合成的竞争力，但可以提供独特形状和形态的纳米颗粒(其他周点通常是相当广泛的分散尺寸和复杂的分离、分离和纯化纳米颗粒的过程)。通过这种方法获得的粒子如果能够充分利用其独特的个体特性(这在“医学”应用中可能会发生)，就会很有用。例如，我们个人对在草皮提取物中合成ag纳米颗粒的经验表明，其中一些可以加速某些小分子进入植物的运输细胞但有些会抑制这一过程。观察到的显著差异似乎与纳米颗粒的大小和形态密切相关，因为这可能对营养物质或药物输送有用。纳米载体的大小、形状和形态对于药物通过生物屏障传递至关重要，包括最具挑战性的;血脑屏障。目前，纳米传递设计的理论方法似乎还处于初级阶段[17]，因此任何具有独特性质的纳米物体至少在物理上是有用的模型新型药物纳米载体。

另一方面，具有化学惰性但具有细胞应激作用的金属氧化物纳米粒子可作为植物代谢工程的有效激发子，是植物基因工程的替代方法。

在这篇评论中，我们不想重复上述审查的结论，而是分享我们在准备审查期间收集到的一些想法。(但是，我们的想法主要是参考了本文未涉及的论文)。

科学纳米“淘金热”，对新型纳米结构的需求(有时会因其异常美丽的审美印象而加速[18)，结果迄今为止发表了数千篇论文。除了少数例外，这类论文的通常结构包括对简单氧化还原化学和实验室操作的简短而迂腐的解释，以及使用非常复杂的微观和光谱技术对所获得的纳米颗粒进行广泛的表征[4，19]及生物评估[4，20.，21］．然而，不知怎的，我们无法摆脱这样一种感觉:现在的大多数研究充其量只是朝着生成大量元数据的方向发展，而绿色纳米技术的研究就是这种普遍现象的一部分。

我们倾向于相信，也有点担心，绿色化学方法迟早会成为组合化学的一部分，允许在单一的、完全自动化的过程中制备大量不同的纳米结构。(目前，组合化学中使用的方法被应用于化学以外的领域，如随机诱变聚合酶链反应［22]和噬菌体显示[23])。组合化学已经开发了有效的策略，允许从组件库中识别有用的组件-没有什么可以阻止这些策略也用于纳米结构。显然，这种观点会对生物医学应用和快速发展的转化医学产生巨大影响。另一方面，我们的综述清楚地揭示了一些可能影响成功“翻译”的缺陷:我们注意到的主要缺陷是反应机理的解释普遍不足，以及有关反应环境的化学知识的缺乏。这种空空如也的情况可能会导致人们难以理解发表的信息，因此，禁止合成的再现——特别是当人们无法准确地再现反应条件时。(一个人能拥有相同的自然合成环境的可能性很小)。

如果根据已发表的方法，有人想要获得具有特殊用途(即具有独特的物理性质)的纳米颗粒，那么缺乏精确的信息就会特别令人遗憾——实际上，任何对合成进行合理设计的尝试都注定要失败。具有独特性能的纳米工程特殊用途材料，如纳米金属、纳米氧化物，为新型水技术提供了潜力，可以轻松地适应客户特定的应用。例如，持久性微污染物被消除从浪费采用多阶段工艺的称为高级氧化工艺[24]在生物阶段之前使用，以初步分解污染物[25］．光催化是AOPs类中最突出和最优雅的方法之一，而具有半导体性质的纳米颗粒常被用作转化AOPs的光催化剂能源光，最好是太阳能，形成高度反应性物种表面的:在…表面产生的半导体［26，27］．的影响纳米级在这里是冒险的，因为像氧化锆(ZrO₂)，在宏观尺度上是电绝缘体(介电介质)，可变成半导体在纳米尺度上[28］．从宏观尺度到纳米尺度的转变允许工程材料的特性对其未来功能至关重要，例如带隙，费米水平[22](即还原势)和潜在光催化剂的表面性质。如此复杂的工程，即使是经典的纳米材料合成，也要求研究人员有丰富的经验和强大的理论准备，并有很好的合成条件。不幸的是，绿色化学似乎很难要求可靠的文件。

另一方面，人们必须记住，在许多情况下，成功的合成方法，在一篇论文中简要地提出，可能是一个已经在专利局等待的专利申请中仔细解释的主题[29-31］．因此，我们从已发表的文章中对主题解释的清晰性、应用方法的准确性和可重复性等的期望是有些天真和过时的。这可能是人们的情况，他们在科学生活中有机会接触到化学家最重要的资源之一，如Houben-Weyl有机化学方法(Ger。化学组织方法[32成立于1909年，从那时起出版了制备方法，这些方法被全面和批判性地对待;包括在自己实验室进行的“可行性研究”。

综上所述，我们从机械有机化学的角度来看待纳米技术领域，因此我们希望将纳米颗粒绿色合成作为精确科学的一部分，其特点是精确的定量表达、精确的预测和严格的假设检验方法;包括可量化的预测和测量。这可能以元数据的大规模生产为代价。

我们相信，这种保守的研究思路，从根本上不同于目前在大多数实验室中发生的情况，为绿色纳米技术的成功技术应用创造了真正的前景。

确认

这项工作得到了波兰国家科学中心的资助(NCN 2017/01/X/NZ9/00523)。

参考文献

1. 贝吉森LL，霍顿CN。提交给欧盟理事会环境理事会的关于纳米材料的柏林宣言。2018.
2. 史卓杰，王文杰，王文杰，等。纳米颗粒的工业应用。化学学报，2015;44(16):5793-805。
3. Goodsell DS。生物纳米技术:来自大自然的教训。新泽西州，Wiley‐Liss Hoboken, 2004年。
4. Khan I, Saeed K, Khan I.纳米颗粒:性质，应用和毒性。阿拉伯化学杂志，2017。
5. Radomskii SM, Radomskaya VI, Moiseenko NV，等。黑龙江中上游地区泥炭中贵金属纳米颗粒的研究。中国生物医学工程学报(英文版);2009;
6. 陈杰，赫瑞克斯，盖斯勒，等。通过控制多元醇过程的反应速率，可以合成单晶铂纳米线。化学学报，2004;26(3):344 - 344。
7. 彭志强，李志强，李志强，等。纳米粒子的仿生合成:科学、技术与适用性。在仿生学IntechOpen。2010.
8. 张玲，范强，沙霞，等。贵金属纳米粒子自组装成亚100nm具有集体光学和催化性能的胶体体。化学科学，2017;8(9):6103-10。
9. 是的CS, Simate GS。纳米颗粒是潜在的新一代广谱抗菌剂。Daru 2015; 23(1): 43。
10. 李文杰，李志强，李志强，等。凤尾根毛提取物合成银纳米颗粒的抑菌和抗癌活性。清华大学学报(自然科学版)，2018;
11. Parlinska-Wojtan M, Kus-Liskiewicz M, Depciuch J，等。以洋甘菊萜类化合物为还原剂和盖盖剂的银纳米颗粒水胶体溶液的绿色合成及其抗菌作用。生物工程学报，2016;39(8):1213-23。
12. Ravichandran A, Subramanian P, Manoharan V，等。植物介导的褐藻糖胶纳米银的合成及其抑菌活性的研究。中国生物工程学报(自然科学版)，2018;
13. de Aragão AP, de Oliveira TM, Quelemes PV等。利用海带江蓠制备绿色纳米银及其抑菌活性。阿拉伯化学杂志，2016。
14. 王志强，王志强，王志强，等。短芽孢杆菌(ncim 2533)纳米银的合成及其对致病菌的抑菌活性。微生物病原学杂志2018;116:221-6。
15. 王晓燕，王晓燕，王晓燕，等。黄孢白毛杆菌纳米银的合成及其对人体致病菌的抑菌活性。微生物病原学杂志2018;116:221-6。
16. 李志强，李志强，李志强，等。第一章-金属、金属氧化物、核壳和双金属体系纳米粒子合成的自然环境。天然产物化学研究“，”爱思唯尔。2017;52:1 - 67。
17. 李志强，李志强，等。基于cns的纳米颗粒给药系统的计算建模辅助的本质和前景。高等医学化学，2018。
18. 纳米世界之美。Wydawnictwo大学Rzeszowskiego。Rzeszow。2013.
19. Mourdikoudis S, Pallares RM, Thanh NTK。纳米颗粒的表征技术:研究纳米颗粒性质的比较与互补。纳米级。2018;10(27):12871 - 934。
20. 陈晓明，王晓明，王晓明，等。纳米颗粒体外和体内毒性研究。纳米工程学报。2017;7(4):243-56。
21. 王志强，王志强，等。纳米粒子的毒性和目前实验模型的概述。乐动体育在线伊朗生物医学杂志，2016;20(1):1-11。
22. 叶健，文峰，徐勇，等。基于pcr的易出错诱变策略，快速产生高产量流感候选疫苗。病毒学。2015;482:234-43。
23. 吴超，刘爱杰，卢瑞敏等。多肽噬菌体展示技术在生物医学中的应用进展。中国生物医学工程学报，2016;23(1):8。
24. 张志刚，张志刚，张志刚，等。高级氧化过程的化学背景。化学进展。2014;54(3):233-41。
25. 尤尔奇克Ł， koc -尤尔奇克J. fenton试剂预处理城市垃圾渗滤液生物稳定过程中氨氧化剂的定量动态。浪费等。2017;63:310-26。
26. Kisch H。半导体光催化-机理和合成方面。中国生物医学工程学报。2013;29(3):344 - 344。
27. Paz Y.光催化的特异性。光催化:基础和展望。英国皇家化学学会，2016:80-109。
28. 物理化学半导体材料和工艺。约翰威利父子有限公司英国奇切斯特。2015.
29. 李国强，李国强，等。纳米粒子和纳米配方的最新专利癌症治疗。近期Pat给药公式。2016;10(1):11-23。
30. Caruso G, Raudino G, Caffo M.治疗脑肿瘤的专利纳米药物。中国医药杂志。2013;2(6):745-54。
31. 李志强，李志强，李志强，等。大脑可渗透纳米颗粒的专利。中华神经外科杂志2013;8(3):220-34。
32. https://www.thieme.de/en/thieme-chemistry/sos-houben-weyl-54792.htm