科研進展

深圳先進院在Chemical Reviews上合作發表黑磷綜述

時間:2020-02-04  來源:材料所(籌)材料界面研究中心 文本大?。骸?a href="javascript:doZoom(16)">大 |  | 】  【打印

  近日,中科院深圳先進技術研究院喻學鋒研究員團隊和中科院生態環境研究中心江桂斌院士、曲廣波研究員團隊合作,在化學領域權威刊物Chemical Reviews發表題為"Property-Activity Relationship of Black Phosphorus at the Nano-Bio Interface: From Molecules to Organisms"(黑磷納米生物界面的性質-活性關系:從分子到生命體)的綜述(DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00445,影響因子54.301)。

  作為第一個被成功制備的單元素二維半導體,黑磷具有高遷移率、各向異性、可調帶隙等獨特性能,在催化能源、光電器件、生物醫學和阻燃材料等領域具有廣泛的應用前景。近年來,深圳先進院喻學鋒研究團隊圍繞著黑磷和黑磷烯的制備和應用技術開展了系列研究工作,先后在Nature Commun.、Adv. Mater.、Angew Chem. Int. Ed.等刊物發表黑磷相關JCR一區論文40多篇。在生物醫學領域,團隊在國際上率先開展了黑磷基腫瘤光熱治療[Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5003-5007;Nature Commun., 2016, 7, 12967]、基因運載[Angew. Chem. Inter. Ed.2018, 57, 10268-10272]、活性磷療[Angew. Chem. Int. Ed.2019, 58, 769-774]等系列工作,并曾經與江桂斌、曲廣波團隊合作率先揭示了化學修飾對黑磷生物效應的影響[Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 14488-14493]。

  

圖1:黑磷-生物系統界面及其相互作用示意圖。

  在上述研究中團隊發現,和其它納米材料一樣,材料界面的物理化學性質對黑磷與生物系統的交互作用影響巨大。并且,黑磷表面三配位的磷原子上存在孤電子對,展現出非常獨特的化學和生物活性,這表明黑磷的界面性質尤其值得關注。然而,目前對黑磷與生物系統的相互做用規律和機制十分欠缺,這限制了黑磷的高效和廣泛應用。在此過程中,在黑磷與生物體及微環境中形成了相互作用的復雜界面。黑磷-生物界面的本質是在黑磷表面和生物分子或結構表面之間形成的動態接觸區域,這些區域大多存在于在含氧和水的生物微環境中(圖1A)。根據生物界面的復雜程度,黑磷-生物界面可分為黑磷-液體、黑磷-分子、黑磷-生物結構、BP-細胞和BP-生物個體等多個層次的界面(圖1A)。進入生物體后,明確黑磷與生物系統在黑磷-生物界面上的相互作用方式對于研究其生物效應與醫學應用十分重要(圖1B)。這種相互作用直接影響其在組織中的累積和分布、細胞特異性吞噬與亞細胞的定位以及后續觸發的生物學效應。因此,深入理解BP-生物界面及其相互作用是提高其應用效率和降低其負面影響的前提。

圖2. 黑磷的制備方法、性質和生物醫用示意圖。

  本綜述中,研究團隊詳細討論了在黑磷(黑磷烯)的界面性質及其相關的物理化學特性和生物效應。團隊首先全面回顧了近年來黑磷的生物醫學應用研究(圖2)。除總結了在黑磷-生物界面上形成的相互作用方式外,還綜述了黑磷應用過程中可能的多種暴露方式以及進入體內后的生物分布、細胞攝入與引起的各種生物效應如免疫效應以及基于免疫效應的應用(圖3)。

  

圖3. 黑磷的暴露途徑與免疫效應。

  此外,研究團隊還討論了黑磷的環境行為和其進入環境后引起的潛在的環境風險?;趯诹?生物界面知識的積累與其生物效應的分子機制,研究團隊還總結了黑磷納米材料的安全設計方法和改變黑磷界面物理化學性質的策略(圖4),特別是如何增強黑磷的化學穩定性和調節黑磷-生物相互作用等(圖5),這是影響黑磷生物學行為的關鍵。這篇綜述有助于研究者理解黑磷-生物界面、生物活性、應用中面臨的挑戰和相應策略,這些方法將有效促進黑磷這一新型二維納米材料在各個領域的探索和實際應用。

  論文鏈接

  

圖4. 黑磷理化性質的調控方法示意圖。 

 

圖5. 黑磷界面性質的調控方法示意圖。

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