氮化硼：守護健康的隱形力量！

氮化硼是一種由第三主族元素硼和第五主族元素氮共同構(gòu)成的具有六邊形規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分層分子晶體。在分子晶體層內(nèi)，硼原子和氮原子通過配位鍵相結(jié)合，此配位鍵結(jié)合力很強，因此層內(nèi)B原子和N原子結(jié)合緊密。而層間則是以分子鍵連接，由于分子鍵結(jié)合較弱，故其層與層之間極易脫落。

按照晶型的不同，氮化硼晶體結(jié)構(gòu)主要可分為六方氮化硼（h-BN）、立方氮化硼（c-BN）、纖鋅礦氮化硼（w-BN）和菱方氮化硼（r-BN）四種，其中六方氮化硼（h-BN）的應(yīng)用最廣。

六方氮化硼（h-BN）作為一種十分重要的無機材料，具有與石墨相類似的結(jié)構(gòu)，且外觀為白色粉末，故又被稱為“白石墨”。納米h-BN可以包裹形成零維的BNNPs，卷繞形成一維的BNNTs，剝離形成二維的BNNs和BN納米帶(BNNRs)。以上每種納米結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出獨特的優(yōu)異性能，例如高比表面、大帶隙能量、低介電常數(shù)、良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的生物相容性等。

在不同類型的氮化硼晶體中，由于h-BN和c-BN的性能較為優(yōu)異，研究人員多對這兩個結(jié)構(gòu)的氮化硼進行研究。

h-BN微觀圖

h-BN的層狀結(jié)構(gòu)和晶格參數(shù)與石墨類似，每一層內(nèi)的氮、硼原子之間靠很強的sp²共價鍵和偶極矩力結(jié)合，故h-BN熔點很高，同時具有優(yōu)異的耐高溫和耐火能力；而h-BN的層間則由較弱的范德華力結(jié)合，因此層間易滑動，可用作潤滑材料。此外，h-BN的禁帶寬度可達5.97eV，因此即使在高溫下都擁有極高的絕緣性能。概括而言，h-BN的特性主要有以下幾點：熔點較高、高導(dǎo)熱性、良好的潤滑性能、高的機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性好、優(yōu)異的介電性能、良好的生物相容性等。但是h-BN在水中的分散性較差，因此，對h-BN材料進行功能化以改善其分散性將有利于其在生物醫(yī)療領(lǐng)域的進一步應(yīng)用。

c-BN是一種具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)，屬于面心立方晶系，與金剛石具有類似結(jié)構(gòu)的新型超硬材料。c-BN具有極高的熱導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等特性。2009年，學(xué)者首次在自然界中發(fā)現(xiàn)天然的的c-BN，為其命名為青松礦，但現(xiàn)如今工業(yè)上使用的c-BN單晶依舊為人工制備，方法為以h-BN為原料在高溫高壓下進行合成。

BN在體外和體內(nèi)具有良好的生物相容性，在生物應(yīng)用方面具備石墨烯基材料的相近乃至更為優(yōu)越的性質(zhì)，可用于抗菌、藥物遞送、硼遞送劑、組織工程、體內(nèi)成像等領(lǐng)域。

（1）抗菌

近期，有工作發(fā)現(xiàn)氮化硼納米片對抗菌素耐用性（AMR）細菌具備有效的抗菌作用，在具備良好機體生物相容性的同時不會在長期使用中引發(fā)二次耐藥性。Kivanc等人研究h-BN納米顆粒對變形鏈球菌3.3、巴氏葡萄球菌M3、念珠菌sp.M25和變形鏈球菌ATTC 25175的抗菌和抗菌膜活性。通過MTT法、SRB法、Pico Green法檢測細胞活力來評估h-BN納米顆粒對人類正常皮膚成纖維細胞和麥丁達比犬腎細胞的毒性作用，實驗表明，h-BN納米顆粒對細菌生長具有較好的抑制效果。

（2）藥物遞送

h-BN還被認為是極具潛力的藥物載體，Cheng等人通過鹽模板法一次大批量合成了六方氮化硼納米片（BNNSs），在體內(nèi)和體外實驗中有效抑制了乳腺癌的增殖，表明了BNNSs在藥物遞送應(yīng)用中的潛力。有研究發(fā)現(xiàn)，利用球形BN作為載體，脫氧核糖核酸負載的腦鈉肽通過內(nèi)吞途徑滲透到腫瘤性IAR-6-1細胞中，然后將DOX釋放到細胞質(zhì)和細胞核中，從而靶向殺死癌細胞。

（3）組織工程

在牙科材料領(lǐng)域，Lee等人通過高能球磨法制備了BNNs并將其分散在氧化鋯基質(zhì)中，通過等離子燒結(jié)來固結(jié)復(fù)合粉末。添加BNNs的氧化鋯表現(xiàn)出高達27.3%強度和37.5%的斷裂韌性，并抑制了氧化鋯基質(zhì)在潮濕環(huán)境中的降解，證明了BNNs作為牙科材料增強材料的潛在價值。Degrazia等人發(fā)現(xiàn)加入0.15wt.%的BNNTs時，改善了牙科復(fù)合樹脂的化學(xué)和機械性能并促進了礦物沉積，有助于延長牙齒修復(fù)體的壽命。

（4）硼遞送劑

氮化硼納米材料由于其高的硼含量、低細胞毒性，可作為硼中子俘獲療法（BNCT）的硼遞送劑。硼中子俘獲療法是一種新型的能夠靶向殺傷癌細胞而不會傷害正常細胞的特異性放射癌癥治療方法。聚乙二醇修飾的氮化硼納米管已被證明可作為硼中子俘獲療法的硼遞送劑，在B16黑色素瘤細胞中硼積累約是第二代硼遞送劑BSH（巰基十二硼烷二鈉鹽）的三倍。用聚賴氨酸和葉酸修飾的氮化硼納米管，在與熒光量子點偶聯(lián)后，被多形性膠質(zhì)母細胞瘤細胞選擇性地攝取，不僅可作為硼中子俘獲療法的硼遞送劑，還可以示蹤藥物的細胞內(nèi)行為。氮化硼納米球還被報道可作為治療前列腺癌的優(yōu)質(zhì)硼庫，具備可控結(jié)晶度的氮化硼可持續(xù)釋放硼，從而降低前列腺癌細胞活性并誘導(dǎo)細胞凋亡，原位腫瘤模型證實了空心氮化硼球體的體內(nèi)抗癌功效。

氮化硼是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料，它可以以四種不同的晶體結(jié)構(gòu)存在，其中最常見的是h-BN和c-BN。近年來，h-BN材料作為石墨烯材料的結(jié)構(gòu)類似物逐漸引起了人們的注意，因其優(yōu)越的生物相容性和更高的化學(xué)穩(wěn)定性h-BN有望在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中替代碳納米結(jié)構(gòu)。BN因其具有特殊的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。然而BN在生物醫(yī)學(xué)方面研究剛剛起步，值得深入研究探索。