中药纳米材料与传统中药相比，具有更明确的药物成分，更高的抗菌和抗病毒活性，更准确的药物靶点和更好的治疗效果。
——吴水林天津大学材料科学与工程学院教授
中草药在我国有着几千年的悠久历史，其独特药效在世界医学界占有重要地位。但传统中草药化学成分复杂，其提取物的药理数据和药物靶点不明确，治疗效率和生物安全性有待进一步提高，这些都制约了中草药的广泛使用和发展。
近日，天津大学材料科学与工程学院吴水林教授团队首次提出中药材料学的概念，通过材料学方法将中草药处理成一种纳米级生物功能材料，这种材料通过特定机制根除病毒和细菌病原体，达到治疗病毒细菌混合肺炎的目的。该项研究成果在线发表于国际期刊《物质》上。
中草药和材料科学碰撞出火花
材料在不同尺度上能展现出不同的物质特性。纳米技术能使人们对物质的认识和改造延伸至分子和原子水平。
过去的20多年，纳米技术飞速发展。随着纳米技术的科学价值逐渐被认识以及纳米材料制造技术的不断完善，纳米技术在中草药领域中的研究也受到越来越多的关注。
吴水林团队提出的中药材料学就是利用材料学方法，将中草药处理成一种纳米级生物功能材料，以增强和改善传统中药在各项疾病中的治疗效果。
“这次研究选取了不同种类的中国茶作为中药原料，将其制备合成为粒径约3纳米的天然茶纳米点。”吴水林解释说，“我们采用溶剂热方法，在80摄氏度的特定温度和1.6个标准大气压的条件下，经过6小时反应，让破碎后的茶叶中的8种儿茶素分子通过氢键、π-π作用力、范德华力相互作用，组装形成粒径约3纳米的纳米团簇。随后，通过高速离心和透析等纯化操作，得到高纯度的茶纳米点。”
除了上述方法，目前还可通过纳米造粒、纳米载药等制备路径获得中药纳米材料。
纳米造粒主要基于物理方法，对中草药有效部位进行造粒，让颗粒达到纳米水平。纳米造粒的普遍方法有喷雾干燥法和高能球磨法。喷雾干燥法使药物提取液形成雾滴，将其快速干燥后得到固体的纳米药物微粒。使用这种纳米造粒技术，不需要粉碎，可直接得到小粒径的药物微粒；高能球磨法又称机械化学法，是一种制备超细材料的重要方法。它靠磨机的转动或振动使介质对药物进行强烈物理撞击、研磨和搅拌，把药物粉碎成纳米级粒子。
纳米载药则是将物质在纳米尺度时产生的一系列的理化性质，如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸和协同效应等，应用于中草药的负载和传输，形成的一种新的载药体系。纳米载药具有较高的载药量和包封率、可控的粒径分布、较长的体内循环时间等优势。目前，研究人员通常采用聚合纳米粒和脂质纳米粒作为载体，将中草药溶解、包埋或吸附于纳米粒表面。
中药纳米材料药理数据和靶点更明确
“在此项工作中，中药纳米材料与传统中药相比，具有更明确的药物成分，更高的抗菌和抗病毒活性，更准确的药物靶点和更好的治疗效果。”吴水林表示。
吴水林团队通过制备茶纳米点，发现其具有很好的抗菌和抗病毒效果之后，又深入地发掘了其抗菌和抗病毒机制。
首先，研究团队探讨了茶纳米点针对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抗菌机制。茶纳米点会随着时间的推移慢慢地大量聚集在耐甲氧西林金黄色葡萄球菌表面，通过影响该菌的氨基酸代谢并破坏其菌膜结构，达到杀灭细菌的目的。
同时，该团队还研究了茶纳米点针对H1N1流感病毒的抗病毒机制。吴水林介绍，茶纳米点能与H1N1流感病毒的神经氨酸酶活性位点形成密集的氢键网络，此氢键网络能够有效抑制H1N1病毒的活性，从而起到杀灭病毒的作用。
此外，该研究团队还通过药物配伍筛选发现茶纳米点和与其分子结构相近的中药成分木犀草素混合后具有很好的协同抗病毒和抗菌效果。由于茶纳米点和木犀草素二者本身都具有很好的抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒功效，在小鼠的病毒细菌混合(H1N1病毒和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)肺炎模型中，采用茶纳米点与木犀草素结合后雾化吸入治疗，实验小鼠死亡率大大降低，比临床报道的疗法表现出更大的优势。
“此次提出的中药材料学策略在一定程度上克服了传统中药存在的问题，通过更明确的药物组成，获得更高纯度的药物活性成分，从而实现了更好的治疗效果，在研究其治疗机制方面，药物作用靶点也会更准确。”吴水林表示，在应用方面，由于中药纳米材料具有高效的抗菌、抗病毒、抗炎活性，除了该研究涉及的致死性细菌—病毒混合性肺炎治疗外，在其他细菌和病毒性感染疾病的治疗上也有很多潜在应用待挖掘，例如细菌性伤口感染、细菌性败血症、流感病毒型感冒、乙肝、疱疹等。
中药材料学发展还需进行原创性探索
吴水林表示，由于中草药及其提取物的化学成分非常复杂，因此很难明确其药理数据和药物靶点。此外，其治疗效率和生物安全性也有待进一步提高。因此，研发具有更明确的药物成分、更好的治疗效果和更准确的药物靶点的中药纳米材料具有重要意义。
中药纳米材料研发最主要的难点在于制备方法的开发，即如何通过现有纳米技术实现中药材中有效成分的纳米级别可控合成。而要实现中药纳米材料的产业化，制备方法也面临着更多挑战，包括制备方法的工业化大规模生产问题、合成中药纳米材料的纯度和产量问题、中药纳米材料的临床人体实验安全性和疗效问题等。
“未来，中药材料学发展还需要进一步在中药纳米材料的制备方法上进行原创性探索。”吴水林表示，开发出具有一定普适性的技术，规范制备工艺、制定质量标准，为不同种类中草药的纳米材料提供合成指导。同时，需要全面深入地研究在纳米尺度下中草药的药效学、药理学和毒理学等问题，在生物安全性和治疗效果评估上，围绕临床应用开展人体实验评估。
