氢疗法已经成为医学上一个新颖的、具有潜在突破性的领域。氢气(H2)被证明是一种有效的抗氧化剂，用于150多种疾病模型。氢气一直被医学研究人员忽视，直到2007年，Ohsawa等人发表了一篇开创性的论文，表明氢气具有潜在的促进健康的作用。在不影响其他ROS的情况下，他们发现了选择性清除羟自由基，最终保护细胞免受氧化损伤。后来，世界各地的更多研究人员不仅证实了H2治疗的无毒作用，而且还发现了抗炎、抗凋亡和抗过敏作用。尽管H2的基本分子药理原理尚未完全阐明，但在临床试验中已发现它对几种类型的癌症、心血管疾病、缺血-再灌注损伤、生活方式相关疾病、神经退行性疾病、炎症疾病、感染和其他几种适应症具有治疗作用

尽管氢气疗法对健康有巨大的潜在益处，但将氢气转化为常规使用的临床尚未实现。H2的医疗安全性已得到证实，但安全有效的给药是H2治疗可行性的主要障碍。在临床试验中最常见的H2给药方法包括在氧气、空气或氮气中吸入2-70%的H2，口服H2饱和水和注射富H2盐水。前者的挑战包括在空气中4-74%的可燃H2和氧气中4-94%的范围内发生爆炸的危险。后两者受到H2在水中的低溶解度(0.8 mM, 1.6 mg/L, 19 mL/L)的限制。氢递送系统(HDS)已经被提出，在该系统中，不同材料的纳米颗粒以特定的和可控的方式在体内封装、运输和/或生成H2。

几项研究表明，微米或纳米级颗粒硅(Si)在浸入水或碱性溶液中时，可以有效而可控地产生氢气。纳米结构硅已被证明具有生物相容性和可生物降解性，在药物输送研究中已被广泛描述。然而，据我们所知，纳米结构硅还没有用于任何监管机构批准的药品。Si具有很高的理论产氢能力，每1mol硅可生成2mol氢气。这相当于每克硅可释放1600毫升氢气气体。当浸入水中时，它会在整个反应(1)后产生氢气。

Si + 2H2O →SiO2 + 2H2(1)

反应速率随着碱度的增加而增加。根据反应(2)和(3)生成H2时，溶液的pH不发生变化。

Si + 2OH- →SiO2 + H2 + 2e-(2)

2H2O + 2e- →2OH- + H2(3)

纳米硅的产氢能力已被建议用于能源应用，最近人们对该技术在医学上的应用越来越感兴趣。

口服硅颗粒可能比吸入氢氧混合物更安全，也比给氢饱和水溶液更有效。Kobayashi教授和他的研究小组率先使用硅粒子来输送氢气。他们应用材料分析技术验证了硅氧化制氢的机理。有人提出，生氢性能与晶体尺寸和形成的二氧化硅层厚度有关，当形成厚的表面氧化层时，生氢将停止。少量与H2生成Si粒子场相关的研究已经通过实验证实了一种pH依赖的机制。在Kobayashi的研究中，在pH值为13、温度为50℃的条件下，1克Si在2分钟内产生了超过1000毫升的氢气。在其他研究中，在pH值为8-9和7的浸泡100分钟后，每克Si分别有60 mL和10 mL的H2。这对应于在pH值为13时产量为63%，在pH值为8-9时产量为4%，在pH值为7时产量低于1%，提出了这个方法是否适用于生理条件的问题。

虽然一些临床研究已经调查了氢气的管理，但还没有关于利用硅粒子输送氢气的临床试验的报道。然而，动物研究已经描述了口服硅纳米颗粒的氢对健康的促进和保护作用。这包括大鼠模型的肾缺血-再灌注损伤，残肾大鼠模型的肾缺血-再灌注损伤，帕金森病小鼠模型的肾缺血-再灌注损伤，静脉曲张诱导大鼠的精子运动损伤，以及由母婴传播引起的壁流产损伤。氢治疗的广泛范围和在产氢硅粒子医学领域进行的相对较少的研究强调了这是一个处于早期和扩大阶段的领域。

有限数量的不同Si粒子类型已被报道用于氢治疗的应用。大多数研究使用商业化的或基于晶圆的颗粒，它们被珠磨到微或纳米颗粒大小。这些方法会给硅材料引入杂质和氧化，需要对研磨介质进行复杂的回收。在此，我们提出了一种新型的硅纳米颗粒，通过离心化学气相沉积(cCVD)产生，用于暴露在水中的体内制氢。cCVD是一种自下而上的一步合成Si粒子的方法，可以直接从反应体系中获得。在精确控制的条件下，硅烷气体(SiH4)的分解产生了大小和结晶度可调的均匀球形颗粒，该过程的规模化不是一个障碍。此前对蚀刻cCVD Si颗粒的体外和体内研究显示，其生物相容性和生物分布行为可与用电化学方法从Si晶片制备的多孔Si颗粒相媲美，其目的是用作药物载体。本研究旨在评估非蚀刻cCVD Si颗粒在人工生物液体中模拟口服给药产生H2的能力。研究了药物添加剂和蛋白质的作用。

本研究的材料可在生理pH值为7.4时，产氢率高达1310 ml/g(产率82%)。体外口服给药模型表明，在人工胃液中预处理不影响氢的产生。因此，cCVD硅粒子似乎适合于体内产氢。表面碳涂层或表面活性剂或白蛋白的添加减少了氢气的产生。蛋清的加入能减少氢气的生成，但不会阻止氢气的产生。

Johnsen H M, Filtvedt W, Hiorth M, et al. Silicon nanoparticles for oral administration of molecular hydrogen[J]. International Journal of Pharmaceutics, 2022: 122371.