综述：CaCO3基纳米杂化材料在环境和生物医学领域的应用范围：现状、最新进展与未来展望

　　本综述系统阐述了碳酸钙(CaCO3)基纳米平台在药物/基因递送、生物传感/成像、光热/光动力(PTT/PDT)联合疗法等生物医学领域，以及重金属吸附、染料降解、缓释肥料等环境修复领域的创新应用。文章重点分析了Fe3O4@CaCO3、碳点(C dots)复合体系等前沿纳米杂化材料的多功能特性，同时指出当前研究在临床转化、生态安全性等方面的挑战，提出绿色合成、功能化优化等未来发展方向。

　　

Abstract

碳酸钙(CaCO₃)作为一种众所周知的矿物，已被广泛用作添加剂以提高加工性能，并作为工业应用中的增强材料。近年来，研究重点已转向构建CaCO₃基纳米平台，用于增强药物和基因递送载体、生物传感和生物成像，以及光热疗法(PTT)和光动力疗法(PDT)的联合效应以治疗肿瘤和癌症。例如，Fe₃O₄@CaCO₃纳米复合材料不仅在癌症化疗中表现出优异的生物相容性，而且还为污染物修复中的再利用提供了磁性分离能力。类似地，碳点(C dots)与CaCO₃的结合在制造新颖先进的生物材料方面具有巨大潜力，这些材料可作为各种生物和生物技术应用的平台。在环境方面，CaCO₃纳米杂化材料在吸附重金属、降解染料，甚至作为缓释肥料方面已显示出功效，这与可持续农业和循环经济模式相一致。因此，未来制造新型CaCO₃基纳米杂化材料存在广阔空间，本综述重点介绍了这一方向的最新进展和发展。尽管取得了这些进展，但关键差距和挑战仍然存在，需要解决。当前的研究大多局限于实验室环境，向临床或现场规模应用的转化有限。挑战包括优化粒径、形态以及在生理和环境条件下的稳定性，并更加强调与生物安全性和长期生态影响相关的问题。未来的研究必须侧重于跨学科策略，整合绿色合成、高级功能化以及严格的体内/现场试验，以充分利用CaCO₃纳米杂化材料作为多功能平台，助力具有环境可持续性的生物医学创新。

生物医学应用前沿

CaCO₃基纳米杂化材料在生物医学领域展现出令人瞩目的多功能性。在药物递送方面，其独特的pH响应性降解特性使其成为智能药物释放载体的理想选择，尤其在肿瘤微酸环境中能实现靶向释放。基因治疗领域也受益于其良好的生物相容性和可负载核酸的能力，为基因递送提供了新平台。生物传感和生物成像应用则利用了材料本身或与其他功能组分（如荧光碳点）复合后的信号响应特性，实现了对生物分子的高灵敏度检测和细胞、组织层面的高分辨率成像。最具前景的应用之一是将CaCO₃纳米材料与光热转化剂（如金纳米棒、硫化铜等）或光敏剂结合，构建用于癌症治疗的纳米平台。这种组合能够实现光热疗法(PTT)和光动力疗法(PDT)的协同治疗，有效杀伤肿瘤细胞，同时CaCO₃载体还能负载化疗药物，实现多模式联合治疗，显著提高疗效。

环境修复与农业创新

在环境可持续性方面，CaCO₃纳米杂化材料同样扮演着重要角色。其强大的吸附能力被用于水体中重金属离子的去除，例如通过表面修饰或与磁性纳米粒子（如Fe₃O₄）复合，不仅提高了吸附容量，还便于通过磁分离实现材料的回收和再利用，符合循环经济原则。在处理有机污染物方面，CaCO₃可作为催化剂载体或本身参与催化反应，有效降解工业废水中的有机染料。在农业领域，CaCO₃纳米材料被开发作为营养元素（如氮、磷、钾）或农药的缓释载体。这种缓释肥料能够根据作物需求缓慢释放养分，提高肥料利用率，减少环境污染，并同时为土壤补充钙质， aligning perfectly with the goals of sustainable agriculture.

挑战与未来展望

尽管CaCO₃基纳米杂化材料前景广阔，但从实验室研究走向实际应用仍面临诸多挑战。首先，规模化生产中的颗粒尺寸、形貌和孔隙结构的精确控制是实现批次间一致性和功能可重复性的关键。其次，材料在复杂生理环境（如血液）或自然环境中（如土壤、水体）的长期稳定性、降解行为及其产物对生物体和生态系统的影响（生物安全性与生态毒性）尚需深入评估。当前大多数研究仍停留在体外细胞实验或小动物模型阶段，缺乏系统的临床前和大规模田间试验数据支撑。未来的研究方向应更加注重跨学科合作，融合材料科学、生物学、环境科学与工程学。重点包括开发环境友好的绿色合成方法以减少制备过程的环境足迹；对材料表面进行精准功能化以增强其靶向性、稳定性和智能响应性；以及开展 rigorous 的体内功效评价和长期环境命运与效应研究。最终目标是充分发挥CaCO₃纳米杂化材料作为一种来源丰富、生物相容性良好、功能可调的多功能平台潜力，推动其在解决重大健康问题和环境挑战中发挥实际作用。