沸石分子筛材料是一类性能优异的新型化工材料,广泛用于工业和日常生活中,并可向光电、微电子以及生物芯片等领域渗透。2001年巴黎召开的第13届国际分子筛大会上,分子筛在医药学科中的应用成为大会上一个亮点由于分子筛材料具有离子交换、择形吸附、催化及较高的化学与生物稳定性等独特性能且大多数生化过程又与离子交换、吸附及催化过程密切相关,这就决定了沸石分子筛材料在医药领域中优越的可利用性。目前对于沸石分子筛在此领域中的硏究覆盖了环境保护、抗菌剂、缓腔控释药物载体、抗癌助剂、模拟酶及生物传感器等诸多方面的应用。

沸石分子筛作为离子吸附剂及抗菌助剂
沸石分子筛具有出色的离子交换及吸附性能,对一些放射性元素如Sr,137Cs,砷Co,45Ca以及5cr等有明显的吸附现象。例如,作为饲料添加剂的斜发Zeolite可以在很大程度上降低动物体内肝脏、肾脏以及骨骼肌中134Cs的含量。有机胺及重金属离子是构成水体污染的重要成分,这些污染物质尤其是重金属离子可以通过食物链进入人体,而某些天然沸石如菱沸石、斜发沸石及钙十字沸石可以有效去除水体中的Cd2+、Pb2+、Zn2+、Cu2+、Cr3+等重金属离子,有效降低被污染水域动植物体内的重金属元素。同时,还可以有效地吸收某些小分子量的有机化合物。所以,沸石分子筛作为离子吸附剂是一类极具潜力的环保材料。作为饲料添加剂的沸石分子筛除了可以促进饲料更有效地被家畜吸收以外,还有一个更为重要的应用就是可将抗菌剂负载在沸石分子筛材料上,使其具有抗菌性。沸石分子筛可通过离子交换引入Ag+、Cu2+、Zn2+等金属离子成为抗菌沸石,而沸石分子筛固有的孔腔结构可以对抗菌剂起到缓释作用,提高抗菌剂的利用率,增强抗菌效果。

将这种抗菌沸石添加到塑料中,生产的导尿管可以有效地抵抗大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及假单胞菌的侵蚀。而将Ag+和Zn2+通过离子交换的形式导入斜发沸石或A型沸石分子筛的骨架中后,将对链球菌产生极强的抗菌效果。近年来,以日本为代表的国家率先在世界范围内掀起了推广沸石分子筛型无机抗菌材料的热潮,将它们添加在塑料、橡胶、化纤及涂料等基体中,广泛地用于医药器具、病人衣物、卫生器具等医用相关材料中。我国先后于2001年和2002年在北京连续召开了两次抗菌材料产业大会,启动了这一方面的工作。

沸石分子筛作为缓/控释药物载体
由于沸石分子筛具有规则的骨架结构,良好的水热稳定性,对人体没有任何毒副作用以及具有分子级别的孔道直径和狭窄的孔径分布范围,十分适合作为药物的骨架型载体。利用分子筛作为药物载体制备的药物制剂,可以明显降低药物对人体的刺激作用,控制药物的释放速度及延长药物的作用时间。现有研究文献显示,以天然或改性的斜发沸石作为控释阿司匹林的载体最为多见。
通常是通过吸附方法将药物装载到分子筛孔道(腔)中,即将药物溶解于一定的溶剂中,加入沸石分子筛,通过浸泡使药物分子进入到分子筛孔道体系中。对分子量较小的药物如水杨酸类药物,一般是选择具有笼形结构的微孔分子筛,如天然斜发沸石、NaY、Naⅹ及Na-ZSM型分子筛。

当药物尺寸较大时,就需要选择孔径较大的介孔分子筛如MCM-41等。药物的吸附过程是一个物理过程。在这个过程中,分子筛的有效孔径、孔道结构以及分子筛的结晶度将起决定性的作用。分子筛的结晶度过低,分子筛的孔口将会被遮盖,从而影响药物分子的进入;分子筛的孔径太小,孔道结构就较复杂,则会在吸附过程中发生孔道堵塞。另外,杂原子的引入也会影响沸石分子筛对药物的吸附。通常杂原子的比例越高,吸附量越低。

沸石分子筛抗癌药物助剂
在患有不同类型肿瘤的小白鼠的食物中添加斜发沸石后发现,食用这种饲料的小白鼠的寿命比相应对照组的寿命长,且小白鼠体内肿瘤的数量与体积都有明显下降。同时,通过毒性检测后发现,斜发沸石的加入没有带来任何毒副作用。经过体外细胞培植发现,微粉化的斜发沸石将导致肿瘤干扰蛋白的分泌,阻止肿瘤细胞的生长。
沸石分子筛这种神奇的抗癌功能到目前为止仍然是个谜。还有许多问题需要深入研究:不溶性的沸石分子筛是如何影响生物体内的组织和器官中的生命活动;为什么沸石分子筛对人体没有任何毒副作用;为什么可以被用于医疗而其他硅铝酸盐却不能;在人体中不存在的沸石是如何影响到人体自身的免疫系统等。

沸石分子筛模拟酶及生物传感器
沸石分子筛的催化性能使其本身就是一种酶模拟材料。利用分子筛制备的无机模拟酶与传统的生物酶相比,具有较高的稳定性且易于制造和保存。
将生物酶或其他有机物装载在沸石分子筛的孔道之中,就可以制备出生物传感器。例如,在工业以及医疗领域中,必须对过氧化氢进行精确测量。将亚甲基绿色染料等一起裝载在沸石分子筛的孔道中,可以精确测量过氧化氢的含量,而且这种生物传感器可以制备成分子筛膜以增加其稳定性和灵敏度。在MCM-41的合成体系中加入刚果红颜料,可以用于指示存在于液相中某些特定的螯合物,也可以用于指示气体和液体的pH值。

沸石分子筛的超大孔容和比表面积不但为生物酶在其结构骨架内的装载提供了空间,而且还促进了酶催化过程中底物的转化。因此,研究者正在尝试利用这种分子筛制备各种生物电极,如将分子筛颗粒加入到葡萄糖氧化酶和碳糊的混合物中,可以准确测量微量葡萄糖的存在。

沸石在其他方面应用
在血液渗析中,沸石分子筛通常被用来除掉渗析液中的NH,并已在实际医疗中得到应用。同时,沸石分子筛也可以使高聚物免于暴露在紫外线下降解。这原理被推广用于皮肤药品的制备中。另外,研究发现,沸石分子筛粉末还可以用于治疗多种皮肤病(如褥疮)和外伤以及胃肠道疾病纯硅型沸石对巨噬细胞有很好的控制性能,可以控制原发性糖尿病和肥胖症
因此,国外科学家通常用这类沸石研究这两种疾病的发病原因。沸石分子筛的多孔结构同样也引发了研究人员对其在骨骼生长中作用的兴趣。A型分子筛对成骨细胞的增殖、分化有着明显的促进作用。另外,沸石分子筛作为添加剂用在牙科材料中,使其物理性能大幅度提高。
在银系无机抗菌材料方面,通过离子交换过程中对分子筛材料的化学环境的调节和控制,有效地克服了银系抗菌剂由于银的氧化而带来的变色和相应的化学活性降低的缺陷,形成了一项高效、低廉且环境友好的抗菌剂生产的新方法,工艺技术的形成还在进行之中。

在分子筛控释药物方面,有人以SBA系列的介孔分子筛入手,利用其丰富的表面硅羟基的化学改性,制备了一类大孔径、大比表面积和与有机大分子适配功能好的分子筛载体,将青霉素等有机大分子组装到孔腔中后,表现出良好的线性释放关系和优秀的控释能力,进一步的研究正在进行中。
沸石分子筛独特的结构特性使众多的研究者对其在医药科学领域内的应用做了大量试探性的研究工作,并为分子筛的包含物化学提供了丰富的内容。然而,对于沸石分子筛本身所具有的优异医疗效果却超出了材料研究者的学识范围。

因此,其药理至今没有一个合理、完整的解释。但有一点是肯定的:作为药用的沸石分子筛材料,必须严格要求其颗粒尺寸以及洁净度,这也是今后药用分子筛材料的工业化工艺改变以及成本控制的关键。