近年来，各种新型纳米材料在生物医学应用方面都有一定的发展潜力，它们在生物相容性、生物利用度、药代动力学、免疫原性和毒性方面各有优缺点。但大多数合成仍然使用耗时的湿化学法处理过程，成本较高，并限制了其使用场景。一个典型的粒子便是胶体金标记技术，即以胶体金作为示踪标志物或显色剂，应用于抗原抗体反应的一种新型免疫标记技术。在 Omicron 施虐的当下，核酸检测精度虽高，但无法满足快速筛查的需求，因此几分钟内就能获取抗原结果的胶体金抗原检测得到应用。传统获取纳米金的方法是使用氯金酸还原获得纳米金颗粒的分散液。但为了维持纳米金的分散，通常需要加入一定量的表面活性剂，这限制了纳米金的进一步医学应用。

用于抗原检测的胶体金纳米颗粒团聚失活 

01  气溶胶纳米制备技术

表面活性剂造成的污染、不规则形状以及繁琐的清洗流程，阻碍了纳米粒子的制造与应用。传统的纳米制备技术的一个显着缺点是引入了杂质，这些杂质在液体中的含量通常比在气体中高，带来了潜在的安全隐患。因此，研究人员专注于开发更方便的制造技术，用于选择性药物输送和生物医学应用。

与经典的湿化学方法相比，气溶胶处理涉及的制备步骤要少得多，还可以连续生产，允许直接收集颗粒和产生低废物。气溶胶处理和更传统的化学途径的结合给高级纳米材料的合成带来“变革之风”，这一策略可能催生一个有前途的创新纳米材料种类，在生物医学领域具有许多理想的应用。

纳米气溶胶技术的应用领域 

基于气溶胶的纳米颗粒有多种合成方式，一种方式为可以通过雾化具有确定组成的溶液形成细小的液滴，在随后的溶剂蒸发时结晶成固体纳米结构。如电喷雾，超声雾化，气动雾化等方式。

 通过雾化的方式将液滴转换为纳米气溶胶粒子 

另一种方式是通过凝结成核和生长得到纳米级的颗粒, 其中比较典型的就是火花放电法。使用冷凝成核的方式能够获得更小的气溶胶颗粒，并且避免出现太多的团聚大颗粒。该方法另一个显著的优势为避免了液体的引入，从而减少了化学试剂对于颗粒生长以及性能的影响。火花放电利用等离子体形成的瞬时高温（20000K）将电极靶材烧蚀气化，并在大气压氛围下冷凝成核，最终获得成分各异的纳米级气溶胶颗粒。

 火花放电（烧蚀）纳米气溶胶技术 

使用气溶胶技术合成了不同的有机和无机纳米粒子，在生物相容性、药代动力学、免疫原性、生物利用度和毒性方面均有应用，包括癌症治疗、抗菌应用、临床诊断、蛋白质检测和不同的生物测定。

02  癌症治疗

通过气溶胶技术设计了各种治疗性纳米颗粒，以克服癌症单一疗法的缺点，并通过化学光疗、光动力疗法 (PDT) 或光免疫疗法的联合疗法进行应用。这些联合疗法通过减少脱靶效应和肿瘤诱导的免疫抑制来提高纳米粒子的治疗效果。与传统化学疗法相比，PDT 因其在癌症治疗中的选择性和局部治疗特点而被认为是一种有前途的无创技术。在这种方法中，一种光激活光敏剂被输送到肿瘤区域，在那里它通过升高的温度和活性氧 (ROS) 的产生诱导肿瘤细胞死亡。使用火花放电技术制备石墨烯 GO，并用负载伊马替尼的介孔 Ti 进行修饰，形成可光活化的纳米复合材料。制备的纳米颗粒随后用于治疗结直肠癌，纳米颗粒的化学光热活性在聚乙二醇 (PEG) 涂层后进一步增强。

 利用火花放电制备的石墨烯片进行癌症治疗 

03  抗菌应用

基于气溶胶的纳米粒子被合成以应对细菌的耐药性问题。Ag 纳米粒子是良好的抗菌材料，使用绿色气溶胶技术火花放电合成的颗粒更干净。测试结果显示，Ag 纳米颗粒对革兰氏阳性（金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性（肺炎克雷伯菌）细菌的抗菌效果良好。通过纤维材料直接过滤收集火花放电产生的 Ag 颗粒，可有效收集各种尺寸的 Ag 作为抗菌剂使用。根据 SEM 图像显示，Ag 颗粒均匀的分布在纤维材料的表面，并保证外侧与纤维膜内部都可均匀富集。

 Ag 气溶胶颗粒的抗菌测试 

此外，通过设计掺杂金属的碲 (Te) 纳米粒子，银 (Ag) 和铜 (Cu) 纳米粒子用作抗菌剂。在连续氮气流下采用安全设计即插即用技术生产具有抗菌活性和更好安全性的 Ag（或 Cu）掺杂 Te（Ag-或 Cu-Te）纳米粒子。此外，可以调节单个 Ag 或 Cu 之间的比例（5-8% 原子 Ag 和 Cu），以制备具有增强抗菌活性的生物相容性金属掺杂纳米粒子。制备的纳米颗粒显示出最佳安全指数，并显着降低了单个 Te 纳米颗粒的最小抑制浓度。

 制备 Ag 或 Cu 掺杂的 Te 纳米粒子用于提升抗菌效果 

 使用火花放电等气溶胶制备技术用于抗菌及抗病毒的相关研究 

04  抗病毒应用

与抗菌原理类似，纳米颗粒材料也被证明有较好的抗病毒特性，已被证明对严重急性呼吸系统综合症冠状病毒 (SARS-CoV)、A/H₁N₁ 流感、A/H₅N₁ 流感、乙型肝炎病毒和人类免疫缺陷病毒具有有效的抑制活性。采用火花放电技术用于生产用于空气过滤器涂层的银纳米颗粒。针对雾化噬菌体 MS₂ 病毒颗粒进行了抗病毒活性测试，结果表明Ag可以显着降低病毒载量。

 材料表面的纳米Ag颗粒与病毒颗粒的大小对比 

口罩纤维材料是一种较好的载体，成本较低，研究人员采用 RNA 包膜病毒（Usutu 病毒）和非包膜病毒（鼠诺如病毒）来评估 Ag 涂层口罩对不同蛋白质的抗病毒性能差异。对口罩进行正反面不同时间以及不同粒度的 Ag 颗粒沉积后，考察其对两种病毒的杀灭效果。银纳米颗粒的作用是广谱的，与病毒种类以及最外层蛋白质的结构均无关。Ag 涂层使暴露在薄膜上的 95-98% 的病毒颗粒无传染性。

 考察不同 Ag 制备工艺对病毒杀灭效果的作用 

05  生物传感

快速诊断对于疾病的治疗和预防至关重要，使用先进的基于纳米材料的生物传感平台可在几秒钟内检测到 COVID-19 抗体。该生物传感平台是通过三维电极的 3D 纳米打印、用还原氧化石墨烯 (rGO) 的纳米薄片涂覆电极并将特定病毒抗原固定在 rGO 纳米薄片上而创建的。然后将该电极与微流体装置集成并用于标准电化学电池中。当抗体被引入电极表面时，它们会选择性地与抗原结合，从而改变通过阻抗谱检测到的电路阻抗。传感平台也可用于检测其他传染源的生物标志物，如埃博拉病毒、艾滋病毒和寨卡病毒。

由于使用墨水打印的方式步骤繁琐，同时引入了化学添加剂，对颗粒性能造成较大影响。因此采用无墨水的气溶胶直写方式可以更方便的制备纳米结构。器官芯片（OoC）可用于组织微生理的持续监测，这对芯片的微型化以及高灵敏度传感元件提出了较高的要求。Joost 团队开发出一种新型双栅场效应晶体管电荷传感器，通过使用火花放电沉积的方法在 Ti 电极表面实现无掩膜的 Au 修饰层沉积，用于增强电化学信号。

 无墨水气溶胶直写打印沉积 

06  临床诊断与生物测定

纳米粒子由于其独特的光学特性，可被用于基于成像的诊断方法以及癌症和其他致命疾病治疗中的超灵敏检测。在没有稳定剂和化学表面活性剂的情况下，通过脉冲火花放电 (PSD) 技术在存在电介质乙醇介质的情况下制备超纯 Au 纳米粒子。此外，不同类型的氧化铁纳米粒子，例如 ferumoxide、ferucarbotran 和 ferumoxytol，已被批准用于临床诊断应用。通过将新制备的气溶胶金属纳米颗粒与可溶有机组分适当反应，可以方便地制备出几种新型纳米颗粒复合材料。由火花放电发生器和碰撞雾雾器组成的串联反应器被用来制造生物相容性新材料，包括纳米磁溶胶（包括铁纳米颗粒、药物酮洛芬和 Eudragit 壳），混合纳米凝胶（包括铁纳米颗粒和 n - 异丙基丙烯酰胺，NIPAM，凝胶），以及纳米无机材料（金固定二氧化硅）在内的多种无机-有机复合气溶胶材料可进行在线制备合成。这种方法可以在低温条件下单次通过临床批准的材料生成生物相容性纳米复合材料。

 火花放电与雾化气溶胶组合制备复合纳米气溶胶材料 

气溶胶的技术是大规模制造高纯度纳米粒子最有前途的方法之一。基于火花放电的气溶胶技术能够连续运行而不是分批生产，这使其有利于工业和技术应用。这种干净且连续生产的优势对生物医学领域非常有益。气溶胶技术提供了一种创新的现代方法来开发和测试具有抗癌、抗菌、抗病毒和抗真菌特性的不同纳米颗粒制剂。制备的纳米粒子也被证明具有作为诊断剂和生物测定的巨大潜力。此外，纳米粒子的治疗特性有助于及时发现致命疾病，并已证明有助于这些疾病的早期治疗。

Nano Spark 系列聚焦火花烧蚀气溶胶技术制备纳米材料的研究，并将不断介绍该技术的相关进展与应用。欢迎大家关注我们了解更多关于火花烧蚀技术的信息。

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