近日，我院刘明贤教授团队结合近期发表的系列埃洛石的生物学效应和生物医学应用工作，提出了医用矿物学概念，围绕典型矿物药埃洛石纳米管（Halloysite nanotubes，HNTs）的结构与理化性质，讨论了埃洛石等黏土矿物生物活性与材料成分结构的科学联系，综述了其促组织修复、治疗胃肠道疾病、生物检测与传感和作为日化品应用的最新进展（图1）。最后，探讨了医用矿物学领域研究和应用面临的挑战、可能的解决方案和发展趋势。
图1. HNTs的结构特点及生物医学应用
该论文从HNTs的起源、矿物开采纯化和基础表征出发，介绍了HNTs的中空管状纳米管结构，内外表面的异质性，表面积、孔隙和表面缺陷，亲水性以及生物安全性。围绕这些特征，讨论了其成分结构、理化性质与生物活性的关系。HNTs的中空管状结构产生强大的毛细管效应，可通过毛细管吸力填充液体、离子和药物分子(图2)。此特性可用于在腔内限域合成纳米粒子（例如CeO2、Au、Cu3-xP等）。还可加载药物、蛋白质和核酸等用于保护、递送和缓释。高长径比的棒状结构可在不同条件引导下在界面排列成规则图案，实现微纳米自组装。这些有序结构增强了细胞相互作用，引导它们定向粘附和生长，对于重建骨骼、神经和肌肉等组织具有重要意义。这种纳米管的有序排列还使界面粗糙度与细胞伪足和各向异性适应性相匹配，显著提高了循环肿瘤细胞的捕获效率。
图2. HNTs的高长径比中空管状结构可实现管内限域合成和表面自组装。
HNTs的结构与化学组成使其具有高效促凝血的性能，其通过以下方式激活凝血：（i）吸收水分浓缩血液；（ii）通过带负电荷的表面与凝血因子相互作用以触发内在凝血级联；（iii）激活和聚集血小板以加速血凝块形成。因此，在复合材料中添加HNTs可带来卓越的止血效果（图3）。HNTs的补强特性还可改善伤口敷料的物理性能（例如机械强度和亲水性）。通过功能化改性，HNTs的加入可增加复合材料生物活性，如药物缓释、促愈合和抗菌功效。
图3. HNTs的促凝血机制与创面止血应用
在胃肠道疾病治疗中，HNTs可直接用于治疗腹泻、溃疡和出血。多孔纳米管状结构延长了其滞留在黏膜上的时间。外表面具有的强负电荷使HNTs可通过静电相互作用黏附在炎症和溃疡的消化道上，可作为药物炎症靶向递送的载体。HNTs的外表面丰富的活性位点可提供复合材料改性和接枝位点，延长胃肠道滞留和药物响应性释放。中空的内腔和化学稳定性可保护药物、抗体、酶等易失活分子免受消化液破坏，提高口服利用度。
图4. HNTs在消化道疾病中的应用
HNTs可用于增强日用化妆品的性能，其中包括乳液、洗涤剂和护肤品。HNTs的尺寸、棒状结构、适宜的润湿性和高分散性，使它们可作为水包油Pickering乳液稳定剂。HNTs形成Pickering乳液的原理可用于清除油污。其强吸附性有助于去除皮肤中的杂质和多余油脂。中空管状结构可吸附和控制成分的释放，延长活性成分在界面（如皮肤、叶面）的保留时间。HNTs还可用作载体，在管内合成ZnO、TiO2或CeO2等吸收紫外线的金属氧化物纳米粒子用于制备防晒乳液。此外，该文还汇总了HNTs在细胞、组织和动物水平的安全性研究，总结了HNTs的规模化制备和改性策略，全面介绍了HNTs在止血敷料、创面修复、组织工程（含牙科材料）、循环肿瘤细胞捕获、生物传感、化妆品等领域的最新应用。
该工作以“The Horizons of Medical Mineralogy: Structure-Bioactivity Relationship and Biomedical Applications of Halloysite Nanoclay”为题发表在国际著名期刊《ACS Nano》上。论文通讯作者为我院刘明贤教授和美国路易斯安那理工大学Yuri Lvov教授，第一作者为我院已毕业博士冯悦(现为广州中医药大学教师)。该工作得到了国家自然科学基金面上项目、佛山国家高新技术产业开发区产业化创业团队项目等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c04372
文图：刘明贤 冯悦
校对：刘雪
责编：李逸凡
初审：刘明贤
复审：李立华
终审：陈填烽、吴涛
