图8 来自复合微粒的阿仑膦酸钠的缓释
4.5 聚合物涂覆MSNs
最近，许多研究探讨了MSNs的聚合物涂层，因为其在药物传递、基因传递和其他生物医学领域的应用非常广泛。硅基无机纳米颗粒的涂层用可生物降解的聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯（PMM），聚苯乙烯和聚乳酸（PLA）已经被广泛应用。这样的涂层提供了许多优势与没有涂层的纳米颗粒相比，像控制和缓释，对PH值得刺激响应，酶和光子或光。
在过去许多方法已经被制定，在介孔支架上涂一层聚合物，包括自由基聚合，可逆加成-断裂链转移（RAFT），乳液聚合和固体油在水乳化中（S/O/W)。Shi等人，研制了羟基磷灰石(HA)聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）包覆复合微粒为了控制生物磷酸酯的释放在以S/O/W方法为添加剂的基础上。他们发现涂层的介孔二氧化硅具有阻挡层，例如聚合物能有效的减少药物或生物分子的突发释放，与没有涂层的纳米粒子相比。有趣的是，涂层颗粒与没有涂层的相比毒性是少的，并且展示了阿仑膦酸钠缓释超过了一个月。这是有个有趣的方法，第一次在介孔
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二氧化硅上涂上一层HA去保护生物分子，然后使用SW/O乳化方法去涂覆PLGA，因为它表明了突发释放的减少。
黄等人进行了一项类似的研究，他们使用了相同的方法（S/O/W）在磁性介孔二氧化硅球上涂覆PLGA。复合颗粒是几个微米大小，并且显示了在模拟条件下有效地减少了布洛芬的突发释放。这种方法的一个缺点是，如大小，形状和药物的释放这些不同制定变量的影响是了解的甚少的。为了克服这个问题，高等人报道了一个新型的方法有效地涂覆几层聚合物去得到一个PH响应释放布洛芬。聚甲基丙烯酸-CO-乙烯基三乙氧基（PMV）成功的涂覆到了介孔二氧化硅上，通过自由基聚合方法（图9）。其结果表明，涂覆在介孔二氧化硅上的聚合物颗粒尺寸没有太多的改变。这些复合纳米颗粒显示了PH响应布洛芬的释放。最近Ho等人制备了PLGA涂层复合微粒，使用一种新型的双同心超声波雾化法法，为DNA首要提升接种。这种方法的主要优势是它制备的颗粒尺寸小。结果表明使用这种新型的技术，形成的微粒可以达到6微米。由于其颗粒的尺寸并不能被用于细胞药物的传递。
图9 以PMV为外壳的介孔二氧化硅的新型合成策略
然而，这是第一次报道小的复合MSN-PLGA微粒。此外，他们先是了一个高达98%的显著的装置效率，这些颗粒是均匀的尺寸大小和形状，且展示了在很长一段时间是零释放。然而，这种技术是不可再生的，也有一些因素很难控制，例如颗粒大小和厚度在大规模上。
自由基聚合，可逆加成-断裂链转移（RAFT），和乳化聚合可以用来形成各种特殊目标和特殊细胞传递系统使用MSNs。然而，由图9可知，聚合物涂覆在介孔二氧化硅上之后药物被加载，导致没有药物加载进入孔内与像S/O/W这样的方法相比。在许多最近的方法中，药物在装在进入孔之前去涂覆聚合物，并且聚合物是涂覆在他们上面的。后者受到水溶性分子泄露进入连续相，导致没有药物加载。因此，有必要去开发一个系统，能够提供高负载的效率和对目标的有效功能化涂覆双重优势。 5.酶的固定
与化学合成路线相比，酶的生物过程的主要优点是高选择性和收率。这些过程已经被广泛使用在许多行业，例如丙烯酸铵的生产，和去除废水中的重金属元素。在食品行业它们也被用于从淀粉中合成果糖，在制药行业中生产6-氨基青霉烷酸（APA）。这些过程的主要障碍对于工业化的可行性是酶的生产成本高。
未绑定（游离）酶通常有低大的热稳定性，有机溶剂，酸或碱并且它们恢复是很困难的。此外，生产的费用使得它减少了选择，作为工业催化剂与其他化学催化剂相比。此外，酶有高度的控制区域，立体和基底的特异性。普通的酶反应在非常温和的条件下进行。提高酶的稳定性和可重用性是非常可取的。最终，这将有助于降低生产成本。去提高酶稳定性的技术包括酶固定，酶修饰，蛋白质工程和介质工程。酶固定可以在表面附加一种酶或内部一种固体载体的孔隙。 酶固定可以通过物理或化学吸附到固相支架上，并且通过物理诱捕或封装在聚合物网络内。吸附是一个简单且便宜的方法，然而酶泄露确是一个问题。诱捕或封装是一个好的方法，去阻止酶和恶劣环境之间的直接接触，然而这些方法有大量传递的限制和低酶负载缺点。
广泛的酶已经被固定到不同的介孔二氧化硅材料上（表2）。本文将总结酶固定到介孔二氧化硅材料上的研究。
5.1 介孔二氧化硅材料作为酶固定的支架介质
Balkus等人，报告了溶菌酶固定用MCM-41 基质。这项研究突出了二氧化硅孔径对封装酶的重要性。但是，MCM-41不能够封装尺寸大于40kDa的生物分子。另一方面，具有大孔径（5-30纳米）的SBA-15为封装各种较大的蛋白质打开了广阔的可能性。然而，SBA-15材料（孔径尺寸为6.8nm）展示了较大蛋白质的小的吸附量例如牛血清白蛋白。Sun等人，通过扩大传统SBA-15的孔径，能够去进行高加速溶菌酶的吸附。他们创造了13纳米的有序打孔孔径。酶的吸附在10分钟之后达到平衡，与传统的SBA-15几小时相比。他们也能够确定大多数溶菌酶是在孔内的。Liu等人，报道了二氧化硅空心球的制备，这种二氧化硅空心球具有高有序的六角介孔排列在壳体中，通过一个简单的水包油（异辛烷（TMP）/水）乳液模板法，在缓冲溶液（醋酸钠-醋酸缓冲溶液，PH=4.4）中存在(EO)20(PO)70(EO)20使用硅酸四甲酯作为硅源。介孔二氧化硅展示了一个高的吸附能力（达到536mg g-1）和非常迅速（5分钟之内达到平衡）的溶菌酶固定。更重要的是，它揭示了具有凹凸不平表面的介孔二氧化硅空心球，在吸附过程中，能够大大加速酶的吸附率。
Fan等人，成功的合成了孔径达到27nm的有序大孔立方介孔二氧化硅（FDU-12）。这些立方结构显示了更好的性能与孔堵塞的2维机构相比较。大孔径的主要优点是，能够高效的传递客体分子进入多孔网络内。FDU-12介孔二氧化硅材料无疑提供了广泛的应用，对于生物分子的封装。我们最近合成了有序官能化立体介孔二氧化硅，具有25.4nm大小的洞和10.5nm的入口（图10）。这些二氧化硅已经被用来研究大型纤维素酶的固定。我们发现约50%的酶成功加载进入孔内。
酶固定必须集中于实现酶高的稳定性。而稳定性又可以分为操作稳定性和贮藏稳定性。操作稳定性是指酶保持其活性的能力，而贮藏稳定性是与固定系统的性能相关联的，在避免酶释放方面。酶固定主要关注的是，超过时间的活性的损失。这个减少是有诸多因素造成的，孔径扩散的阻力，低衬底传质，瘫痪酶的活性部位和酶流动性的限制。
图10 氨基官能化的FDU-12材料非常大孔径的高分辨率的TEM和SEM图
5.2 在介孔二氧化硅上的酶活性
通过扩大孔径来改进二氧化硅的几何结构是哟中常用的方法，去尽量减少扩散阻力。孔径的大小不仅仅影响酶固定的程度，而且影响酶的活性。Liu等人，确定了与孔径，孔容和介孔材料的中间相和表面，孔径对固定化酶的活性有很大的影响。此外，加强酶和支架之间键的连接是有必要的。引入官能团进入支架材料表面，可以提高酶支架的内在联系和减少固定化酶的泄漏。
有趣的是，Lei等人有他们的研究表明，固定化酶在官能化的介孔二氧化硅中有一个双倍的活性与游离的酶相比。Chong等人证明了，具有乙烯基官能化的介孔二氧化硅支架与游离态的PGA相比，固定化青霉素酰化酶(PGA）高的活性。这些结构表明，固定化酶能够更好的表现，当酶被固定在右支架材料上时。 Park等人报道了，溶菌酶固定在不同的支架上：SBA-15和PMOs。他们制造了3中不同的PMOs，通过使用3种不同的前躯体：BTMS-氨基， BTES-苯，BTES-苯基。这项研究证实了溶液的PH在蛋白质吸附中的重大影响。在PH附近的pI，因为疏水性的二氧化硅能够达到一个最佳的负载量。在这个PH值下，静电斥力是所有的蛋白质影响中最小的，从而蛋白质能够被安排在一个更加紧凑的结构中。
介孔二氧化硅的一个杰出的性能是硅醇基团在他们的表面。这些硅羟基是有高活性的，因此可以被用来连接多个官能团在硅胶表面。表面改性能够增加酶和支架材料之间的亲和力。他已经被发现固定化酶活性的保留是有很强烈的影响，通过支架材料的化学结构。
图11 用“网鱼”的方法把酶封装到二氧化硅网络中
Chong等人研究了，固定青霉素酰化酶（PGA）到官能化的SBA-15内，像介孔二氧化硅材料。不同的有机硅烷进行官能化：3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES），3-疏丙基三甲氧基硅烷（MPTMS），苯基三甲氧基硅烷（PTMS），乙烯基三乙氧基硅烷（VTES），和4--(triethodysilyl)丁腈（TSBN）。此外，他们改性了APTES-SBA-15用交联剂戊二醇。大多数的官能化样品有较高的PGA吸附量与没有官能化的二氧化硅相比。他们发现乙烯基官能化二氧化硅是非常有效的功能对于PGA的吸附和稳定性。