被稱為“第二信使”的鎂（Mg），是人體內重要性僅次于鈣的礦物質。近年來，可降解鎂及其合金成為生物可降解材料領域的研究熱點。

鎂（Mg）幾乎涉及人體的每一個代謝過程，它對糖酵解、脂肪、蛋白質和核酸的生物合成起著重要調節作用。而納米顆粒(NPs)所具備的EPR效應、響應釋放、緩釋等優良特性，將進一步拓展鎂在生物醫藥領域的應用。

繼鐵納米顆粒之后，本期#材料輕Talk之元素系列，我們重點關注四種鎂結合型納米顆粒及其制備方法。下期還將展開探討它在生物醫藥領域的應用前景及精選相關文獻介紹。歡迎文末留言參與討論！

鎂納米顆粒

目前已有多種方法用于制備鎂納米顆粒。例如機械研磨，但它通常會得到微米級的鎂顆粒。其他還有電化學策略以及氣體沉積方法等，雖然能夠得到納米顆粒，但制造復雜，高成本，以及產量低等缺點限制了它們的實際應用。除了上述物理方法，20世紀70年代，研究者們首次開發了無水鎂鹽（MgCl2、MgBr2和Mgl2）的膠體還原，開始大規模地合成超小的MgNPs。

福州大學宋繼彬團隊報道了一種直徑和形狀可控的合成方法。以十六胺為配體，二正丁基鎂為有機金屬Mg2+前驅體，采用改進的一鍋還原法制備了MgNPs。通過調整還原劑的活性、反應時間和反應溫度等反應參數，制備了六邊形納米片、納米顆粒和小尺寸納米顆粒[1]。

圖1：一鍋法合成的鎂納米顆粒

納米氧化鎂

共沉淀法是使含鎂溶液和沉淀劑反應得到沉淀物。常用的沉淀劑有Na2CO3，NH3·H2O，Na2C2O4，NaOH 等。共沉淀法操作簡便，成本低。但制得的氧化鎂易受濃度、pH值、溫度、時間、攪拌狀態等因素的影響。

該法是在較低溫度下，將鎂鹽溶解在有機介質中縮聚形成溶膠，溶膠蒸干后得到凝膠，凝膠經熱處理后得到氧化鎂。

水熱合成法是以水為反應體系，通過高溫高壓將水熱反應釜內的反應體系升到臨界溫度，在水溶液或蒸汽流體中制備氧化鎂，經分離和熱處理后制得納米氧化鎂。

固相反應法、氣相沉積法、模板法、微波法、超聲法等

納米氫氧化鎂

液相沉淀法主要是利用鎂離子的鹽溶液與堿類反應，生成氫氧化鎂沉淀。這種方法操作簡便，產品便于提純，有良好的化學計量性；但氫氧化鎂顆粒表面吸附水分子形成氫鍵，導致干燥過程中顆粒結合而產生硬團聚。但有研究者采用表面活性劑包覆的溶液沉淀法制備出了納米氫氧化鎂粉體，其團聚現象不明顯。

水熱處理法是以水作為溶劑，將原料倒入密閉容器內，控制一定的溫度和壓力進行化學反應的方法。為了得到需要的特殊晶型和粒度均勻的Mg(OH)2，通常需要將常溫下合成的氫氧化鎂進行水熱改性。水熱法一般要求條件較高，設備昂貴，不利于工業化生產。

沉淀-共沸蒸餾法是指先在常溫常壓條件下利用化學沉淀法合成氫氧化鎂，經過沉降、洗滌后得到的濾餅與某種特定的溶劑混合打漿，然后加熱升溫，對料漿中溶劑和水形成的共沸物進行蒸發，繼續升溫到溶劑的沸點，從而蒸發出溶劑。使用這種方法能夠合成分散均勻的納米氫氧化鎂粉體，可有效去除氫氧化鎂膠體中的水分，克服硬團聚的產生。

例如電解法

硅化鎂納米顆粒

通常在惰性氣氛中通過固體反應制備的微型Mg2Si顆粒較大。張等人在O2/Ar混合氣體氣氛中開發了一種自蔓延高溫合成（SHS）方法。在Ar/O2氣氛中加熱Si和過量Mg的粉末混合物，其中O2可以與過量Mg放熱反應，以誘導Mg和Si之間的組合反應，形成核-殼微粒，Mg2Si/MgO混合物的核心位于薄的外MgO外殼內。圍繞Mg2Si納米顆粒的MgO副產物可以抑制其不必要的生長。在去除MgO和PVP改性后，可以得到可分散的PVP修飾的Mg2Si納米粒子[2]。

圖2：Mg2Si納米顆粒的合成和表征

鎂螯合型納米粒子

鎂可以和特定基團進行螯合以形成納米粒子或者參與納米粒子的形成，例如張等人開發了一種新型的雙膦酸鹽鎂納米粒子（BP-Mg-NP）交聯劑。在混合甲基丙烯酸透明質酸（MeHA）、丙烯酸雙膦酸鹽（Ac-BP）和氯化鎂（MgCl2）溶液后，通過Ac-BP和Mg2+之間的螯合作用形成具有交聯丙烯酸酯基團的BP-Mg-NP，并且可以通過調整反應物的濃度和混合時間調整納米粒子大小[3]。川大王云兵教授團隊用分層（LBL）方法，在鎂合金（AZ31）基底上制備了Mg2+結合表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）涂層。表面形貌結果表明，隨著Mg2+的摻入，形成的EGCG/Mg涂層富含苯酚?Mg配合物，形態更均勻、致密，裂紋遠少于純EGCG涂層[4]。該團隊還將Mg2+和EGCG形成的配合物封裝到納米顆粒中。該納米粒能夠在660nm下的光照射下快速反應，釋放Mg2+，在抗菌的同時有效加速傷口愈合[5]。

下期還將展開探討它在生物醫藥領域的應用前景及精選相關文獻介紹。更多新潮科研資訊，歡迎持續關注創化科技服務#材料輕Talk專欄！

特別鳴謝：張婷婷

參考文獻：

[1] L. Liu, Y. Wu, J. Ye, Q. Fu, L.Su, Z. Wu, J. Feng, Z. Chen, J. Song, Synthesis of magnesium nanoparticle for NIR II-photoacoustic-imaging-guided synergistic burst-like and H2 cancer therapy,Chem,(2022).

[2] C. Zhang, D. Ni, Y. Liu, H. Yao, W. Bu, J. Shi, Magnesium silicide nanoparticles as a deoxygenation agent for cancer starvation therapy, Nature Nanotechnology, 12 (2017) 378-386.

[3] K.Y. Zhang, S.E. Lin, Q. Feng, C.Q. Dong, Y.H. Yang, G. Li, L.M. Bian, Nanocomposite hydrogels stabilized by self-assembled multivalent bisphosphonate-magnesium nanoparticles mediate sustained release of magnesium ion and promote in-situ bone regeneration, Acta Biomaterialia, 64 (2017) 389-400.

[4] B. Zhang, R.J. Yao, L.H. Li, Y.N. Wang, R.F. Luo, L. Yang, Y.B. Wang, Green Tea Polyphenol Induced Mg2+-rich Multilayer Conversion Coating: Toward Enhanced Corrosion Resistance and Promoted in Situ Endothelialization of AZ31 for Potential Cardiovascular Applications, Acs Applied Materials & Interfaces, 11 (2019) 41165-41177.

[5] C. Hu, F. Zhang, Q. Kong, Y. Lu, B. Zhang, C. Wu, R. Luo, Y. Wang, Synergistic Chemical and Photodynamic Antimicrobial Therapy for Enhanced Wound Healing Mediated by Multifunctional Light-Responsive Nanoparticles, Biomacromolecules, 20 (2019) 4581-4592.

[6] J. Loetscher, A.-A.M.I. Lindez, N. Kirchhammer, E. Cribioli, G.M.P.G. Attianese, M.P. Trefny, M. Lenz, S.I. Rothschild, P. Strati, M. Kuenzli, C. Lotter, S.H. Schenk, P. Dehio, J. Loeliger, L. Litzler, D. Schreiner, V. Koch, N. Page, D. Lee, J. Graehlert, D. Kuzmin, A.-V. Burgener, D. Merkler, M. Pless, M.L. Balmer, W. Reith, J. Huwyler, M. Irving, C.G. King, A. Zippelius, C. Hess, Magnesium sensing via LFA-1 regulates CD8(+) T cell effector function, Cell, 185 (2022) 585-+.

[7] Z. Lin, D. Shen, W. Zhou, Y. Zheng, T. Kong, X. Liu, S. Wu, P.K. Chu, Y. Zhao, J. Wu, K.M.C. Cheung, K.W.K. Yeung, Regulation of extracellular bioactive cations in bone tissue microenvironment induces favorable osteoimmune conditions to accelerate in situ bone regeneration, Bioactive Materials, 6 (2021) 2315-2330.

[8] F. Yang, X. Niu, X. Gu, C. Xu, W. Wang, Y. Fan, Biodegradable Magnesium-Incorporated Poly(L-lactic acid) Microspheres for Manipulation of Drug Release and Alleviation of Inflammatory Response, Acs Applied Materials & Interfaces, 11 (2019) 23546-23557.