【文献解读】ChemSusChem：木质素基微纳米材料及复合材料在生物医药领域的应用进展
木质素是自然界中最丰富的可再生天然多酚类化合物，但长期以来一直作为造纸工业的废弃物，被丢弃或进行低值化应用。近年来，随着木质素化学、生物质预处理和加工技术的进步，许多木质素固有的特性及生物活性被挖掘出来，如抗氧化性、抗菌性、生物相容性、抗紫外性、金属离子螯合能力等。这不仅为木质素基材料提供新的应用领域，而且为生物材料的开发提供了一个独特的材料平台。天津科技大学戴林、司传领与芬兰奥博学术大学刘瑞、徐春林等人总结了木质素的生物活性以及木质素基材料在药物/基因的传递和生物成像等方面的应用。木质素材料在生物医药领域开发与应用过程中存在的局限与挑战进行了分析和展望。
图文导读
木质素是最丰富的可再生天然多酚类化合物，其年产量超过5000万吨。但木质素作为木材水解和制浆造纸工业的副产物，通常被作为低值燃料燃烧，甚至丢弃。随着人们对可持续发展的持续关注，研究人员希望能够充分开发木质素资源在能源、材料和化学品等领域的应用。天然聚合物是开发生物医用材料的常见原料。迄今为止，利用天然聚合物，如纤维素，蛋白质，壳聚糖和淀粉等开发药物载体、组织工程材料和细胞培养材料的研究逐年增多。但木质素具有明显的异质性，其结构、分子量等性质与木质素来源和分离方法密切相关。木质素的这种异质性极大地延缓了木质素在生物医用领域的发展。随着木质素化学和材料科学研究的进步，近年来，研究人员开发出了多种木质素基纳米材料、水凝胶及薄膜等材料，尤其是微纳米粒子和水凝胶材料在生物医药领域的研究发展迅速。
木质素具有多种生物活性和光学性质，包括抗氧化剂活性、抗菌性、抗紫外能力及自发荧光特性，这为开发木质素在生物医学领域的应用提供了良好的基础。此外，木质素还具有许多官能团，如芳香基团、酚羟基、醇羟基和碳-碳双键等，因此木质素可以很容易地进行化学修饰，从天然木质素得到具有生物活性的小分子、大分子衍生物。
药物/基因体内递送会影响药代动力学、吸收、分布、代谢、疗效持续时间、排泄和毒副作用等。因此我们需要设计开发新型、天然、无毒的载体材料，以期望实现药物/基因在体内的高效靶向递送。
作者总结了利用木质素开发微纳米药物载体、木质素复合水凝胶的一般方法，包括木质素自组装包载药物、木质素纳米粒子稳定乳液载药、木质素交联微纳米粒子包载药物等；木质素-聚合物共混、木质素-聚合物交联、木质素纳米粒子-聚合物共混及木质素纳米粒子-聚合物交联水凝胶等。
此外，作者还介绍了木质素制备碳量子点、聚集诱导发光纳米粒子在生物成像方面的最新研究进展。
展望
目前生物医用领域所利用的天然生物质材料如纤维素、甲壳素、蛋白质和淀粉等，大多是完全无毒或经过广泛生物学验证的生物相容性材料。尽管木质素在生物医药领域的研究发展迅速，但仍没有系统的毒理学研究，且缺乏对木质素结构的全面了解，因此目前难以将木质素用于临床研究。
首先，对于木质素的毒理学研究方面。简单的细胞毒性检测无法准确模拟人体内环境，如木质素在体内的积累、生物降解、外排等；不同结构的木质素对活体细胞、激素、蛋白及免疫系统等的生物学作用；木质素的稳定性及其在体内循环期间的副作用等。
除了毒理学研究之外，影响木质素基生物材料开发的另一个难点是木质素的异质性。近年来，随着木质素化学、生物质预处理和加工技术的进步，研究人员发掘了越来越多的木质素固有的特性，这大大促进了木质素基功能材料的发展。但木质素极其复杂的结构对其深入研究、标准化和规模化应用造成了巨大障碍。作者认为，利用较均一的木质素级分，甚至均一结构的木质素分子制备木质素基材料可以有效解决这一问题。因此，仍然需要进一步的发展木质素的化学及分离技术。
所有从事木质素研究的工作者都应该认识到，跨学科合作对于开发这种新型绿色生物材料十分重要。只有化学、农林科学、医学、公共卫生等领域的研究人员共同努力，才能捕捉并解开更多的复杂性问题，使木质素基生物材料拥有光明的未来。
该综述文章发表在ChemSusChem (DOI: 10.1002/cssc.202000783)上，文章第一作者为刘瑞（目前由国家留学基金委CSC资助公派至芬兰奥博学术大学攻读博士学位），通讯作者为戴林副教授、徐春林教授及司传领教授。
原文链接
https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.202000783
Liu R, Dai L*, Xu C L*, Wang K, Zheng C Y, Si C L*. (2020). Lignin‐based micro‐ and nanomaterials and their composites in biomedical applications. ChemSusChem. DOI: 10.1002/cssc.202000783
戴林（1989.7~），现为天津科技大学轻工科学与工程学院副教授、天津科技大学特聘教授；天津市青年科技工作者学会专委会委员。主要从事木质素基功能材料研究。作为负责人主持国家自然基金、天津市自然基金等项目8项。在Chemistry of Materials、Green Chemistry等期刊表论文60余篇。主编、参编中英文专著3部。先后入选“天津市创新人才推进计划青年科技优秀人才”、首批“天津市青年人才托举工程”等。
司传领（1975.12~），现为天津科技大学轻工科学与工程学院教授、天津科技大学特聘教授；全国青联委员、全国青科协委员。主要从事植物资源精细化工与化学研究。作为负责人主持国家重点研发计划项目课题、国家自然基金、天津市科技支撑重点项目等30余项。发表论文150余篇，授权发明专利20余项。先后入选“天津市特聘教授”、“教育部新世纪优秀人才”、“天津市创新人才推进计划中青年科技领军人才”、“天津131创新型人才培养工程”第一层次等。
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