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布里斯班先进院二维材质肿瘤靶向放疗钻探获进

发布时间:2019-07-09 15:09编辑:科学浏览(142)

    近日,中国科学院深圳先进技术研究院研究员喻学锋课题组与武汉大学教授王取泉、香港城市大学教授朱剑豪合作,由课题组成员谢寒寒等成功制备出超薄硒化铋二维层状材料,并应用于光声成像引导的光热治疗。相关论文Metabolizable Ultrathin Bi2Se3 Nanosheets in Imaging-Guided Photothermal Therapy 已被纳米期刊Small (DOI: 10.1002/smll.201601050) 作为封面报道(Back Cover)。

    近日,中国科学院深圳先进技术研究院研究员喻学锋课题组与香港城市大学教授朱剑豪、深圳大学教授张晗合作,由课题组成员孙正博和谢寒寒等成功研发出新型的超小黑磷量子点,并应用于肿瘤的光热治疗。相关论文《超小黑磷量子点的合成和光热治疗应用》(Ultrasmall Black Phosphorus Quantum Dots: Synthesis and Use as Photothermal Agents, DOI: 10.1002/anie.201506154)已被《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. )封面报道(Inside Cover Story),并被评为热点文章(Hot Paper)。

    中国化工仪器网 技术前沿】近日,中科院深圳先进技术研究院生物材料中心喻学锋团队在二维黑磷领域取得新突破,制备出荧光分子修饰的高稳定性黑磷纳米片,相关工作 Stable and Multifunctional Dye-Modified Black Phosphorus Nanosheets for Near-Infrared Imaging-Guided Photothermal Therapy(高稳定多功能荧光分子修饰黑磷纳米片用于近红外成像引导的光热治疗)在线发表于化学材料领域刊物Chemistry of Materials (DOI: 10.1021/acs.chemmater.7b01106),影响因子9.466。 图释:荧光分子Nile Blue修饰的黑磷示意图、微观结构,以及光热效果和荧光成像效果 近年来,与石墨烯一样拥有二维层状结构的黑磷展现出的电学和光学特性,被视为新的超级材料,其在光电器件、催化和生物医学领域的巨大应用潜力引起了全世界的广泛关注。研究团队在之前的研究中发现,黑磷具很高的近红外光热转换能力(Angew.Chem.Int. Ed. 2015, 54,11526),可用于肿瘤的光热治疗(Nature Communications 2016, 7, 12967)和光声成像(Small, 2017, 13, 1602896)。然而,黑磷的不稳定性在一定程度上限制了其深入的研究和应用。为解决黑磷的这一难题,研究团队赵岳涛博士曾基于配位化学原理,建立了钛配体修饰技术,有效提高了黑磷量子点在溶液中的稳定性(Angew.Chem. Int.Ed. 2016, 55,5003)。 在此基础上,研究团队在本项目工作中发展了一种共价修饰的方法,利用重氮化学的原理,将荧光分子Nile Blue偶联到黑磷的表面,构建了一种集光热治疗和荧光成像功能于一体的新型功能材料。研究表明:经荧光分子共价修饰的黑磷,不仅稳定性得到提高,能在空气中和水溶液中稳定存在一定时间,而且能发射很强的近红外荧光。细胞实验证明该材料不仅具有良好的生物相容性,而且对肿瘤细胞具有很好的荧光成像能力和光热杀伤效果。动物实验表明该材料不仅能够对肿瘤进行荧光标记,并且能在808 纳米激光照射下有效杀灭肿瘤。该项研究表明以黑磷为基础构建的多功能纳米材料在癌症治疗上具有良好的应用潜力。 本项目得到了国家自然科学基金、中科院前沿科学研究重点计划、深圳市孔雀团队、广东省领军人才计划等项目资助。 编辑点评 与石墨烯一样拥有二维层状结构的黑磷展现出的电学和光学特性,被视为新的超级材料,其在光电器件、催化和生物医学领域的巨大应用潜力引起了全世界的广泛关注。深圳先进院制备出荧光修饰高稳定性黑磷纳米片,有效提高了黑磷量子点在溶液中的稳定性,将在生物医学等领域发挥重要作用。 (原标题:深圳先进院制备出荧光修饰高稳定性黑磷纳米片)

    近日,中国科学院深圳先进技术研究院研究员喻学锋课题组与暨南大学教授陈填烽等合作,设计合成了一种二维片状结构的靶向纳米体系,实现了肿瘤靶向放射治疗。相关研究成果以Decorated ultrathin bismuth selenide nanosheets as targeted theranostic agents forin vivoimaging guided cancer radiation therapy为题,发表在NPG Asia Materials上。

    近年来,石墨烯等二维层状材料因其独特的性能和广阔的应用前景引起人们越来越多的关注。作为二维层状材料的一种,硒化铋具有显著的热电和光电性能,同时具有良好的生物活性和生物相容性,引起了科学家们的极大兴趣。粒度对于二维层状材料的功能优化至关重要,几个原子层厚度的二维材料往往具有很好的电学和光学特性。同时在生物医学应用中,粒度不仅影响细胞摄取和生物相容性,更影响其在体内的代谢。因此,如何制备出超薄超小的硒化铋纳米片,是当前应用中所亟待解决的热点问题。

    二维层状材料,如石墨烯和过渡金属硫化物等,由于其优异特性,已经成为一类在基础研究和潜在应用中拥有广阔前景的纳米材料。受到石墨烯和TMDs独特二维特性的启发,黑磷这种概念上的新层状材料近期引起了世界各地研究者们极大的兴趣。磷作为元素周期表中第十五号元素,其化合物通常具有化学发光性质,或者通过化学反应产生无热光。黑磷是白磷经高温高压后得到的黑色惰性同素异形体,它有着类似但不同于石墨烯片层装结构的波形层状结构,并且具备石墨烯所没有的半导体间隙。更重要的是它的半导体带隙是直接带隙,即电子导电能带底部和非导电能带顶部在同一位置,而传统的硅或者硫化钼等都是间接带隙。这意味着黑磷和光可以直接耦合,光谱包括了整个可见光到近红外区域,因此,黑磷的光学性比石墨烯以及包括硅和硫化钼在内的其他材料有着独特的优势,非常适合应用于光学领域。

    放疗作为临床上最常用的肿瘤治疗方法,其疗效受到射线辐射剂量和增敏剂毒性的极大限制。因此,开发高效低毒且具备诊断与治疗功能的放疗制剂具有重要意义。喻学锋团队此前在黑磷、硒化铋等二维材料的肿瘤诊疗研究领域取得了系列研究成果。前期研究发现,硒是人体必需的微量元素,硒化铋纳米片生物相容性好、并在体内可代谢;硒化物纳米材料光热转换率高,且具备多重成像功能,因此在肿瘤诊疗领域具有很好的应用潜力。

    针对该问题,课题组建立了一种简单的液相合成方法,实现了硒化铋的大规模制备,所得到的硒化铋纳米片厚度仅为1.7nm,片层大小约为31.4nm。研究发现,这种超薄硒化铋纳米片具有优异的近红外光学性能,在808nm的消光系数为11.5Lg-1cm-1,光热转换效率达到34.6%,还具有高的光声转换效率,可实现光声引导的肿瘤光热治疗,并能有效代谢出体外。这些研究表明了这种超薄硒化铋二维材料在生物医学光子学领域的巨大潜力。

    该研究小组对这种新型二维材料进行了开创性的研究,巧妙采用联合探头超声和水浴超声的液态剥离方法,可控制备图片 1二维层状黑磷量子点,得到横向尺寸约为2.6nm的单原子层厚度黑磷量子点。通过检测这种超小的黑磷量子点的光学属性和对不同细胞系生存率的影响,发现其展示了优异的近红外光学性能,在808nm的消光系数为14.8Lg-1cm-1,光热转换效率达到28.4%,在近红外激光的照射下能够显著地杀死肿瘤细胞,并且在多种细胞系中均展现出良好的生物相容性。二维层状结构的超小黑磷量子点作为另一种形式的二维材料展现了独特的光学属性,同时因为磷是生物体内必须的元素,使其在生物医学领域的应用具有无可比拟的优势,因此黑磷量子点作为高效光热制剂用于癌症治疗拥有巨大的潜力。

    在该研究项工作中,研究团队利用铋大的X射线衰减性能,硒的表面等离子体共振效应、抗肿瘤活性、体内可降解性,设计合成了一种具有二维超薄Bi2Se3纳米片,利用其优良的光热转换效率,实现体内光声成像介导的肿瘤靶向放射治疗。经RGD多肽修饰后该纳米片表现出优越的肿瘤靶向能力、高效的放射增敏作用、体内可降解性和低的肝累积及肝毒性。进一步的增敏机制研究发现,RGD多肽修饰的硒化铋纳米片增敏放疗激活线粒体介导的内源性凋亡通路,在高能X射线作用下可促进细胞内超氧化物阴离子转化成单线态氧,对肿瘤细胞造成原发性损伤,抑制了TrxR活性破坏细胞内氧化还原平衡,抑制了细胞自我修复能力相关蛋白的表达,激活了DNA损伤介导的p53通路,最终引起细胞凋亡。这项研究为成像介导的肿瘤靶向放射治疗提供了一种有效的临床可行方法。

    该项目得到深圳市孔雀团队项目、香港研究基金会综合研究基金等项目资助。

    该研究得到了国家自然科学基金、香港研究基金会综合研究基金、香港城市大学战略研究基金和深圳市科学技术重点项目等项目资助。

    研究工作得到了国家自然科学基金等的资助。

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    图:Small封面图片。硒化铋纳米片透射电镜图片;硒化铋在肿瘤处的光声成像;硒化铋在体内的代谢;活体光热治疗。

    Angew. Chem. Int. Ed. 封面

    靶向硒化铋纳米片用于体内光声成像介导的肿瘤放射治疗设计思路图。

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