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对氢疗和纳米医学的展望【25章】

已有 999 次阅读 2024-5-8 09:07 |个人分类:氢气生物学|系统分类:科研笔记

对氢疗和纳米医学的展望25章

随着纳米科学的发展,纳米医学及其分支学科得以建立。它们的显著发展通过一些重要的里程碑得到了证明,其中包括数次诺贝尔奖的获得。这些里程碑还包括自2007年以来氢气疗法的复兴,该疗法使用氢气作为一种有效的抗氧化剂,用于预防和治疗应用。在本章中,结合药物的靶向传递技术的发展,我们致力于其修改形式,即从纳米载体(如纳米颗粒、纳米棒等)局部产生和释放氢气。相关结果已在阿尔茨海默病和癌症治疗、伤口愈合等方面得到报告。氢气疗法需要支持和服务,包括安全的固态氢气储存以避免潜在的爆炸,其中除了像氢化镁(MgH2)这样的氢化物外,碳家族的功能化纳米材料——如石墨烯或碳纳米管也被应用。还必须注意氢气的泄漏及其在环境中的存在,基于金属氧化物的纳米传感器,尤其是基于石墨烯的传感器,是很有前景的解决方案。考虑到众多的临床试验和研究,如今氢气疗法可以被定位在Gartner周期的上升阶段,正朝着实质生产的高峰阶段前进。

 

“纳米技术”一词首次由谷口忠大在1974年使用[1]。微电子和纳米电子学的进步处于纳米技术发展的最前沿。然而,作为新发现和发明来源的小型化趋势,正如费曼在1959年所假设的那样[2],纳米技术也迅速渗透到医学领域。这反映在纳米医学的建立以及相应的分支、材料和产品的开发上,它们都带有“纳米-”前缀,例如纳米毒理学、纳米牙科、纳米药剂学、纳米外科、纳米肿瘤学、纳米诊疗学、纳米片、纳米载体、纳米平台、纳米催化剂或纳米传感器。纳米医学的首批分支是基于精细机械的牙科和生理屏障较其他地方低的医疗美容。如今,纳米医学迅速渗透到新创建的操作领域。

在无机世界中使用的二维(2D)、一维(1D)和零维(0D)纳米结构的大小被假定在1到100纳米之间[3]。由于医学中基于纳米结构的独特效应,它们的至少一个维度的上限增加到约300纳米[4]。纳米科学发展中的里程碑已经通过多项工作识别出来,例如[5, 6]。基于这些工作,我选择了纳米医学的一些重要发现、发明或突破性实验作为里程碑,特别是那些获得诺贝尔奖(NoP)的成果:

M. Knoll 和 E. Ruska发明电子显微镜(1933年),Ruska 于1986年获得物理学诺贝尔奖。

J. Watson 和 F. Crick发现DNA双螺旋结构(1953年),1962年获得生理学或医学诺贝尔奖。

N. Seeman,DNA纳米技术概念的发展(1982年)。

G. Binnig, Ch. Gerber 和 C. F. Quate发明原子力显微镜(1986年)。

A. Geim 和 K. Novoselov,关于二维材料石墨烯的开创性实验(2004年),2010年获得物理学诺贝尔奖。

J. P. Sauvage, J. F. Stoddart 和 B. L. Feringa,分子机器的设计和合成(80年代和90年代),2016年获得化学诺贝尔奖。

E. Charpentier 和 J. A. Doudna,基因组编辑方法的开发(2009-2012年),2020年获得化学诺贝尔奖。

这些例子表明,纳米医学与纳米科学和纳米技术的进步协同作用,涵盖了物理学、化学、测量和成像技术。石墨烯作为过去十年中研究最多的纳米材料(欧盟旗舰项目2013-2023年),具有优异的性能,如高电导率和热导率、大的比表面积、不透气等[7],在包括纳米医学在内的所有纳米科学领域都有应用[8],特别是在组织工程方面。

关于这本书的内容,我们将提及氢分子(H2)疗法领域的另外两个里程碑:

1975年M. Dole, R. F. Wilson 和 W. P. Fife,高压氢气治疗癌症的研究[9]。

2007年S. Ohta 等人,氢气作为治疗性抗氧化剂[10]。

氢分子在预防和治疗应用中具有作为抗氧化剂的潜力。一个示例如图25.1所示。这个想法吸引了许多追随者,并在过去几年中取得了巨大进展,例如在[11, 12]中总结的那样。该方法也被应用于体育运动[13]和农业[14]。继论文[9]以及70年代和80年代的几篇论文之后,转折点是Ohta等人发表的论文[10]。自那时起,截至2021年7月30日,从PubMed数据库检索到有关氢气疗法的论文共计1226篇[15]。

 

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图25.1:电子显微镜检查移植心脏左心室超微结构后的氢气应用情况:a 对照心肌,b 移植心肌—线粒体变化多,毛细血管内皮损伤等。c 氢气治疗后的改善超微结构(由J. Slezák提供,实验医学中心SAS,布拉迪斯拉发)。

 

2022年,欧洲氢气生物医学研究院成立,并于2022年10月在斯洛伐克斯莫伦尼斯举办了首次会议“生物医学中的氢气”。发起人是斯洛伐克的氢医学疗法研究先驱Slezák等人[16]。

接下来,我们将关注三个主题。如今,纳米医学中研究最频繁的领域是将药物直接递送到选定器官的靶向递送,这也可能克服组织中的抑制/保护因素。这也被称为特洛伊木马方法[17]。在接下来的部分,我们将展示氢气疗法中类似方法的优势,其中涉及氢气的局部生成和释放。然后,我们将处理氢气的安全固态存储用于治疗应用,并最终使用纳米传感器监测环境中的氢气,这也是从安全角度和预防潜在爆炸的重要任务。

 

局部生成和控制释放的氢气治疗

靶向药物递送(TDD)早在1913年就由P. Ehrlich提出。他认为,如果能够制造出一种能选择性地针对病变器官的化合物,那么药物就可以与该剂一起递送。他将治疗剂称为魔法子弹(Zauberkugel)。如今,TDD研究已经达到了可以根据个体患者量身定制治疗的程度,从而实现精准医疗的概念。研究了药物的释放和吸收、防止降解的保护、载体(药物载体),如胶体、聚合物、单克隆抗体、纳米颗粒(NPs)、石墨烯等。根据载体的类型,我们识别出物理、化学和生物靶向[18, 19]。TDD包括癌症治疗、大脑和血压治疗、DNA递送等。使用标题、摘要和关键词中的搜索字符串纳米颗粒&药物&递送在Scopus出版物中的数量到2022年达到10,800篇。

氢气具有较强的组织穿透能力,因此将其递送到特定位置和器官并不像标准药物那样成为焦点。另一方面,在作用部位维持氢气更为困难。因此,及时开发局部生成和控制释放氢气的方法,以足够的数量和足够长的时间来增加治疗效果是很有必要的。同时,我们需要检测其在身体各个部位的存在。已经开发了几种方法,例如同位素标记或气相色谱法,但必须提取组织。至少让我们提及一种用于体内和体外氢气检测的活性基传感方法[20]:封装在介孔二氧化硅中的Pd NPs捕获并催化氢气成为活性原子,用于NDI/N3的加氢反应成NDI/NH2,从而能够在540 nm左右发射荧光。对小鼠大脑进行的体内实验表明,吸入5分钟后,氢气分子穿过了血脑屏障。现在,我们将介绍几个局部生成和释放氢气的例子,这些例子将氢气疗法提升到了专业纳米医学的位置。它们也在表25.1中进行了总结。

 

表25.1 局部生成和释放氢气的提及实例的基本特征

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体内小鼠实验记录了通过持续的抗炎氢气释放和局部葡萄糖消耗来治疗糖尿病伤口。氢气结合的TiO2纳米棒作为可见光敏感的光催化剂确保了氢气的生成[21]。于等人报道了通过PdH-纳米氢化物释放的氢气有效治愈细菌感染[28]。

氢气被用于治疗阿尔茨海默病(AD)[22]。通过Pd的催化加氢作用,在AD大脑中从PdH NPs释放了氢气。

体内氢热疗法对小鼠乳腺癌表现出协同效应[23]。这归功于在近红外(NIR)照射下释放氢气的PdH0.2纳米晶体的靶向递送,以及照射引起的局部温度升高观察到了肿瘤抑制。

詹提出了无毒药物治疗宫颈癌和乳腺癌的概念[24]。NIR激活的纳米催化剂SnS1.68WO2.41产生氧化空穴和氢分子,协同诱导肿瘤细胞凋亡。

氢气可能有助于克服多药耐药性,通过共递送药物(盐酸阿霉素)载入载体的孔道中,通过酸性反应降解原位生成氢气[25]。联合纳米医学的效率由肿瘤模型小鼠研究。

通过氢气自由基清除减轻辐射对雄性生育力的损伤[26]。证实了暴露于电离辐射后精子活力的改善和精子发生的维持。

由Mg在水环境中降解产生的原位释放的氢气诱导了结肠癌细胞的凋亡[27]。通过将Mg线插入小鼠皮下肿瘤中,研究了活性氧(ROS)清除和肿瘤抑制蛋白P53的表达。

周等人给出了其他持续递送氢气的治疗方法、应用纳米载体和触发氢气释放的例子[29]。

 

安全固态存储氢气

氢气被认为是一种能源载体和未来的燃料。值得注意的是,在处理氢气未来应用的工作中,提到了它的药用应用,包括氢气疗法[30]。上述目的的常见氢气储存形式有(i)低温液体,(ii)加压气体和(iii)固体来源,如金属氢化物或碳材料。最后一种方法的优点是安全性[31]。历史上有过因氢气爆炸造成的重大灾难,例如兴登堡飞船的毁灭、挑战者号航天飞机或福岛核电站。在广泛分散的氢气疗法中,甚至在家庭环境中,安全性至关重要。接下来,我们将关注固态存储和释放氢气。

几乎所有元素都可以通过离子键、共价键或金属键形成二元氢化物。储氢能力(SC)以化合物中氢的重量百分比(wt%)或其体积密度(kg/m³)来衡量。这里我们从美国能源部(DOE)推荐的6.5 wt%和62 kg/m³的目标开始讨论[31]。很自然地,像锂(Li)、铍(Be)、钠(Na)、镁(Mg)、铝(Al)这样的轻金属更适合用于储存。钯(Pd)没有被提及,因为它属于较重的金属。然而,它在室温下能吸收高达自身体积900倍的H₂,常压下SC的极限是PdH0.7。因此,在微观应用中,如作为靶向递送H₂的Pd纳米载体或氢气传感器中,Pd具有优势。接下来,我们将举例说明储氢能力SC > 6.5 wt%的氢化物[31]:

MgH₂,MgH₂:1 at% Al和MgH₂:5 at% Ge分别提供7.00, 7.30和7.60 wt%的容量。然而,脱附温度(Tdes)分别为350, 340和50–150 °C。吸收温度(Tabs)约为200–300 °C。在Mg-Ni基氢化物中也能找到类似的情况。

在钠铝氢化物这一组中,吸附和脱附温度都在100–200 °C范围内,但SC降至5 wt%以下。例如NaAlH₄的两种温度都在80和180 °C之间,SC = 5 wt%。

在可接受压力条件下的室温氢化物的性质在[32]中基于[31]的数据进行了讨论。在金属间化合物这一组中,吸附和脱附温度可以达到(1–2)室温左右,但SC降至1–3 wt%。例如FeTi, LaNi5, TiCr10Mn15V32这些化合物。当然,存储介质的重量比之前的组要重。

可以得出结论,需要进一步的工作来优化这些材料及其存储属性。尽管如此,在氢气疗法的情况下,对SC的要求并不像能源领域那样高,所以现在就可以安全使用基于氢化物的存储介质。除此之外,我们还将提到基于碳家族的一种突破性材料——石墨烯进行密集研究的存储介质。

碳基系统由于碳的原子质量小,对于高的重力计量SC很有前景。因此,人们关注了石墨烯(G)、碳纳米管、氧化石墨烯等。适当的计算包括量子效应的贡献表明,DOE规格可以在石墨烯纳米结构中接近[33]。然而,纯碳纳米结构中的H₂结合能仅为约0.10 eV/H₂,氢在室温以下就能很好地脱附。因此,用金属和金属氢化物对碳基纳米材料进行了官能化处理[34]。在这个主题上进行了许多第一原理计算,其中5个案例在表25.2中总结。结合能在0.26 eV/H₂左右表明脱附将在环境条件下发生。

表25.2 官能化石墨烯基氢存储介质

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通过在石墨烯中创建缺陷,例如用Ar离子(100 eV)辐照,可以提高氢气的存储效率。因此,氢气的吸收量增加到了12.8 wt% [39]。最后,应该提到的是,石墨烯电源的使用已经在氢燃料电池的成功运行中得到了证明[40]。

使用纳米传感器监测环境中的氢气

氢气是一种无色、无味、无毒的气体,无法通过人的感官检测到。氢气在空气中的爆炸下限约为4%,爆炸范围宽(4–75%)。氢气在空气中的积累也可能导致缺氧窒息[41]。因此,显然在氢气疗法发生的环境里,必须持续监测由于氢气泄漏或处理不当而产生的氢气存在。空气中氢气浓度的相关范围应从10到100 ppm直到4–5%,即达到三个数量级。由于治疗在各种环境下进行,通常是自助条件下,实验室设备是不可行的,但个人便携式氢气传感器是一个合适的选择。用于氢气疗法的氢气传感器的理想要求包括:(i)价格低廉,(ii)功耗低,电池供电,因此,接近常温操作也很重要,同样作为防爆预防措施[42],(iii)上述监测间隔,(iv)对氢气的选择性和(v)传感器的灵活性[43],可以附着在衣物上。解决方案是由基于纳米结构的纳米传感器提供,例如0D纳米颗粒、纳米晶体、1D纳米棒、纳米管、纳米线、纳米带、纳米带和2D纳米片、纳米板。

应用于气体传感器的纳米结构材料包括金属氧化物、碳家族材料、硫属化合物、金属-有机框架、钙钛矿等[44]。不同设备的工作原理对应于电阻、热导率、声学、力学、光学或电化学性质、工作函数等输出量[45]。由于本工作的范围有限,我们将重点放在迄今为止最常使用的半导体金属氧化物传感器上,以及在过去二十年中被密集研究的石墨烯传感器上,这两者都具有电气注册。前者由Seiyama等人在1962年发明[46],后者是在2004年之后石墨烯研究的一部分创造的(参见引言中的里程碑)。(Iijima在1991年发明的碳纳米管传感器[47]也属于碳家族。)

 

基于金属氧化物的氢气传感器

在氧化物类别中,N型γ-Fe2O3、SnO2、TiO2、WO3、ZnO、MoO3 Nb2O5和P型CuO、NiO被使用。许多公司生产传感器,领先的国家有中国、美国、德国、印度、日本、英国、韩国、意大利、法国、俄罗斯。金属氧化物具有较大的能隙2–3.5 eV,因此传感器的工作温度通常高达500°C,只有极少数在常温附近。高温对于半导体表面与氧化性气体如CO2、NO2、O2的快速表面反应是必需的,这些气体从半导体捕获电子,或者还原性气体如CH4、CO、氢气相反地释放电子。结果,氧化物的电导发生变化。这里我们只介绍了最简单的检测机制,实际上由于材料的结构、存在的气体之间的相互作用等而变得复杂。

从使用金属氧化物纳米传感器监测氢气的概述中可以看出[41],列出的45种设备中有N型和P型氧化物以及0D、1D和2D纳米结构,只有10个在常温下工作。这里包括基于MoO3纳米带的传感器,其测量范围为空气中0.5–1000 ppm 氢气,或者具有特殊结构(例如多孔结构)的设备。至少在所需检测区间的一部分中适当的是Nb2O5纳米棒传感器,在常温下测量空气中1000–6000 ppm的氢气。空气中测量到的最高氢气浓度为1%,使用MoO3纳米片传感器在200°C下测量。即使在用贵金属如Pd、Pt或非贵金属如Co、Ni装饰金属氧化物后,情况也没有根本改变。

鉴于上述发现,我们继续专注于来自1D纳米结构的传感器。Arafat等人总结了基于ZnO、SnO2和TiO2氧化物的46种传感器[48]。不幸的是,即便在这些传感器中,也没有找到能在常温下监测宽浓度范围的传感器。较高浓度的氢气(在一个O2的案例中)在百分之几的区域内被具有较大传感材料表面积的器件记录下来,相应地,具有大量检测材料的体积,从而具有高的气体吸附能力。然而,在空气中测量到的最高氢气浓度时,吸附的饱和以及输出信号与浓度的关系也表现出来。接下来我们将展示这些传感器的一些例子及其特性:测量范围、衬底上的面积、纳米结构、工作温度、参考文献:

空气中100 ppm—4% 氢气,20 mm²,TiO2纳米管,180–400 °C [49]。

空气中0.5%–2% 氢气,120 mm²,TiO2–SnO2纳米纤维,300–600 °C [50]。

氮气中200 ppm—20% O2,30 mm²,TiO2纳米管,50–100 °C [51]。

我们要补充的是,形成交织团簇的1D纳米结构比仅通过弱范德华力结合的纳米颗粒阵列更稳定。

相反,常温传感器使用了少量的传感材料,在极端情况下它们只包含单个纳米棒或纳米线。我们认为,这里纳米结构和气体之间的电子交换是通过结构的强烈弯曲表面、边缘或端部来促进的。但是测量的浓度范围较小。同样,这里我们也给出几个包括单个纳米结构尺寸的例子:

空气中1–1000 ppm 氢气,1 μm × 10 μm,ZnO纳米棒,常温 [52]。

空气中1–1000 ppm 氢气,(10–30) nm × (50–250) nm,ZnO纳米线,常温 [53]。

空气中100–1000 ppm 氢气,(20–80) nm × (100–800) nm,TiO2纳米线,常温 [53]。

显然,如果我们使用金属氧化物传感器的组合,我们可以覆盖整个所需的测量范围,同时更接近常温,这是传感材料的问题,而范围也是设备构造的问题。

 

石墨烯基氢气传感器

自2004年起,由Geim、Novoselov等人进行的石墨烯突破性实验(例如参考文献[54])表明,这种半金属在其他应用中适合作为气体和蒸汽传感器,这归功于其一系列属性的结合。石墨烯具有巨大的比表面积——理论上为2630平方米/克,低噪声,高导热性,强度和灵活性。得益于高导电性和弹道输运,石墨烯化学电阻器可以在室温附近工作,不同于基于金属氧化物的设备。另一方面,石墨烯表面没有悬空键,这些是吸附气体和蒸汽所必需的。因此,它通常通过Pd、Pt或其他材料进行官能化[55,56,57]。石墨烯还是携带其他组件的平台,并且由于平面结构,石墨烯传感器可以集成到Si电子电路中[58]。Schedin等人报道了石墨烯微米尺寸传感器对检测单个气体分子的极端敏感性[59]。

石墨烯通过从石墨中剥离、外延生长、气相沉积和化学还原来制备。这导致石墨烯气体/氢气传感器的极大多样性。根据综述论文[55, 60],其中包含的32个石墨烯和17个氧化石墨烯(GO)氢气传感器中,有41个在室温下运行。对于其他传感器,温度为50-200°C。原因在于输出信号和反应速率的增加,即响应和恢复时间的减少,在某些情况下可能需要十分钟或更长时间。尽管如此,可以得出结论,从安全操作的角度来看,石墨烯和GO氢气传感器是令人满意的解决方案。考虑到测量浓度范围,[60]中呈现的几个传感器覆盖了三个数量级的范围,但起始于1 ppm。一个合适的传感器提供的检测范围是从25 ppm到1% 氢气 [61]。石墨烯被Pd装饰,传感器区域相当大—4×3 mm²,这与我们在前一节的结论一致。

类似的传感器在我们的实验室中也进行了制备[56]。通过液体剥离法从膨胀石墨中制备了厚度约5 nm、横向尺寸约300 nm的石墨烯纳米片。这些片状物通过Langmuir-Schaefer技术沉积在氧化硅衬底上。沉积物通过一个或多个旋涂周期用胶体Pd纳米颗粒进行装饰。经过热处理后,有效的感测区域20 mm²通过银浆接触定义。扫描电子显微镜(SEM)检查确认了纳米膜表面上NPs的相当均匀分布,优先位于片状物的边缘或孔洞,这些是带有悬空键的化学“热点”位点(图25.2)。传感器在空气中10-1000 ppm 氢气范围内的响应如图25.3所示。尽管如此,该传感器也对大约1%的更高浓度的氢气做出了响应,尽管输出信号饱和。

 

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图25.2钯纳米颗粒修饰石墨烯的扫描电镜图

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图25.3 空气中氢气为10-1000ppm时pd装饰石墨烯传感器的时间响应

 

交叉敏感性

交叉敏感性是包括金属氧化物和基于石墨烯的器件在内的固态传感器的一个普遍问题。这些传感器通常表现出选择性不足,因为它们对整个群体的反应是类似的,例如氧化性或还原性气体。解决这一问题的方法在于进一步研究多组分或混合纳米结构。通过正确选择装饰金属也可以修改选择性。例如,用钯装饰石墨烯[62],这使得对氢气的敏感性提高了2.5倍,同时将对于二氧化氮(NO2)的敏感性抑制了超过15倍。

 

氢气医学历史简况和未来展望

关于氢气疗法的话题可能适合从论文[63]开始进入。它指出了对氢气医学应用兴趣增长和衰退的反复周期。如果我们跳过古代的最初报告,这些波动可以追溯到1793年,当时T. Beddoes强调了氢气在治疗肺结核中的重要性。在1888年,氢气被用于通过直肠充气来定位胃肠道的穿透性伤口。1941年,在潜水中使用氢气来防止减压病。在二十世纪期间,主要在日本研究了电解还原水(ERW)(它在阴极通过电解产生氢气时获得,并含有分子态氢气)。许多研究证实了其抗氧化和抗炎效果[64]。1965年,ERW在日本正式获批。我们可以继续提到引言中提到的两个里程碑——1975年用于癌症的高压氢气疗法和Ohta等人[10]的小剂量氢气效应的新发现,他们展示了氢气作为治疗性抗氧化剂的作用。从那时起,氢气的医学使用在世界各地的研究实验室中得到确立,出版物的数量持续增长,但这种方法在当今医学中尚未牢固确立。

2023年发表了一项关于氢气医学研究的全面文献计量分析[15]。它分析了截至2021年7月30日从PubMed数据库检索到的1226篇出版物(在[63]中指出,在过去12年中已发表2000篇文章关于此主题)。根据该文分析,自2007年以来,出版物的数量从每年10篇线性增长到每年125篇。搜索到的论文主要关键词是氢分子、富氢水、氧化应激、氢气和炎症。在2019-2021年间,关键词肠道菌群、焦亡和COVID-19位列氢生物医学领域前三名。最活跃的发表期刊是《抗氧化剂》、《医疗气体研究》、《科学报告》、《休克》、《外科研究杂志》和《当前药物设计》。发表文章最多的前五位作者分别是孙学军、谢克亮、于永浩、S. Ohta和陈红光。在前10位作者中找到了7个中国人和三个日本人的名字。根据SCOPUS数据库,这些作者要么在中国,要么在日本有关联,所在单位主要城市上海、天津、东京,除了1名来自美国洛马林达大学的(张和)John H. Zhang。当然,其他西方实验室的合作者也参与了该领域的工作。然而,创立主要科学学派和出版集群的首席研究员也经常从事其他研究话题。在分析时被引用最多的前三篇论文是[10],1233次引用,[65],203次引用,以及[66],172次引用。

在考虑这项研究在东亚集中的原因时,可能会提到中国传统医学和日本传统医学的影响。中国医学将“水”视为五个基本元素“金木水火土”之一。从这里出发,通往古代的“治疗水”,到电解还原水ERW,再发展到今天的富氢水。在这种背景下,2015年中国中医科学院的屠呦呦因发现新的疟疾疗法而获得了中国生理学和医学诺贝尔奖,这是具有象征意义的。

考虑到氢气的给药方式,包括吸入、沐浴和饮用富含氢气的水、高压舱或直肠注入气体等方法,氢气疗法更像是一种温泉疗养而非临床治疗。然而,在工作[64]中已经提到了其他给药方法,例如用于血液透析的富含氢气的透析液或肠道细菌产生的氢气。这表明氢气疗法正在敲响临床的大门。周等人[29]提到了在许多与氧化应激/炎症相关的疾病中已经确认的50多项临床试验。李等人[15]引用了与肝脏、肺部或帕金森病、肌肉损伤等相关的初步研究。在某些地区,氢气治疗也已用于COVID-19的临床试验,并取得了积极的效果。日本政府批准了氢气吸入作为“先进医疗”[63],而虚拟氢气研究所于2013年开始运作。一些用于制备氢水的可溶性前体已被国家食品药品监督管理局批准。

众所周知的Gartner周期描述了任何技术从开始(1)通过期望峰值(2)和合理化低谷(3)到上升曲线(4)和生产高原(5)的时间演化。在图25.4中,我们展示了我们逐渐更新的石墨烯周期,并根据所述的知识水平和临床抱负,我们绘制了氢气疗法的位置。它位于当前石墨烯位置下方的上升曲线上。这也与石墨烯和氢气疗法的突破性论文分别在2004年和2007年接近发表的事实相符。

氢气疗法现在的一个重要角色在于通过进一步的研究详细验证临床效果,这将推动它进入纳米医学领域。

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图25.4石墨烯的Gartner周期与氢气气疗法的叠加位置

 

结论

氢气疗法的优势和有希望的前景源于迄今为止使用的输入材料的低价格和技术。由于新型医用气体——氢气的分子大小为0.12纳米,氢气疗法趋向于纳米甚至“皮科医学”领域。尽管在TDD [67]等领域完全显现的巨大炒作迄今为止避开了氢气疗法。然而,它在医疗设备的开发和生产中还没有得到足够的支持。这就是为什么我们包含了关于安全储存氢气和监测其在环境中存在的部分。应该避免可能通过氢气爆炸造成的妥协,这将损害新疗法。本章内容是关于氢的局部产生和控制释放,目的是指出氢疗法预计将转向最复杂的医学领域,这一趋势将增强氢气医学的影响力和可能性。

作者Štefan Luby来自斯洛伐克科学院(Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences, Dubravska cesta 9, 84511 Bratislava, Slovakia)



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