黑磷基二维纳米材料在癌症诊疗领域的研究探索

刘付光 董志凯 周殿宏 胡尊富

摘 要：以单层或者多层纳米片形式存在的黑磷纳米材料受到科研工作者广泛关注，尤其在光电催化、能源存贮及生物医药学等领域具有广阔应用前景，其中超薄黑磷纳米片（FLBP）因其优越的荧光特性，光热转换能力及微乎其微的生理毒性在生物成像及癌症诊断领域具有重要应用价值。

关键词：黑磷;二维纳米材料;癌症诊疗

1 二维黑磷纳米片简介

与传统的块状纳米材料相比，二维纳米材料具有可运载比表面积大，易于修饰，具有卓越的光物理及光化学特性，对于发展新型、多功能化纳米诊疗策略具有显著优势。尤其在生物医药领域，二维黑磷纳米片在成像、传感、治疗、靶向运输等领域具极大应用潜力。

2 超薄黑磷纳米片的可控制备

FLBP的制备方法有上-下型（机械裂解及液相剥离）;底-上型（化学气相沉积法及湿法化学法）。基于黑磷纳米片间较弱的范德华力可通过机械剥离法获得FLBP，但这种方法产率较低、形貌控制能力弱。液相剥离法具有简便易行，成本较低，适于大规模生产尤其是在生物领域应用。电化学离子嵌入法被用于快速、可控高效获得黑磷纳米片层结构，工业高剪切玻璃法、微波辅助玻璃法均被用于验证FLBP的制备。

3 超薄黑磷基纳米材料在生物医药领域应用研究

3.1 生物成像应用

①荧光成像：基于量子效应，黑磷纳米片展现出层依赖荧光特性，CastellanosGomez等发现超薄的黑磷纳米片在775nm处有强烈的荧光，而当纳米片厚度较大时则无荧光特性;

②光热成像：FFLBP具有较高的光热转换系数并且因FLBP晶体与电磁波在紫外、可见光及近红外光间均有强相互作用因此其光热转换效率较高;

③光声成像：光声成像具有分辨率高、高敏感性及分辨率。孙等利用TL4包覆黑磷量子点，提高了BPQDs光声信号稳定性，并强化其在近红外区的信号强度。表面增强拉曼光谱成像：杨等将金纳米球负载于黑磷纳米片（Au-BPs）实现高效拉曼光谱成像。

3.2 生物传感应用

检测血清中的肿瘤标志物是目前癌症早期诊断及治疗的关键所在。然而在血清中肿瘤标志物的浓度非常之低，仅为pg/mL，因此高灵敏、高选择性检测成为生物传感的难点。Yan等利用超薄黑磷纳米片作为传感器以检测双氧水，检测限可达到1*10-7m。

3.3 治疗作用

FLBP具很多优越的光学性能，比如极小的侵入式伤害、高治疗效率，成为光治疗中的新星，并逐渐成为癌症治疗有别于传统化疗的手段。

①光热治疗：FLBP纳米材料在整个可见光区域均有较强的吸收，该优越的光学特性赋予其卓越的光热治疗能力;

②光动力治疗：王等首次证实超薄黑磷纳米片在整个可见光区均可作为有效的光动力治疗剂产生单线态氧，其量子产率可达0.91，体内外实验表明可水分散的黑磷纳米片具有突出的光动力治疗及光降解能力。

3.4 药物运载作用

一直以来，发展高效、无毒害、多功能的药物递送系统一直是化疗领域的关注重点，而二维纳米材料具有比表面积大、化学组分可调、形貌可控等优势，越来越受到广大研究者的关注。化疗药物运载：陶等设计并制备一种FLBP基的快速药物递送体系，其药物运载率达108 %，与其他传统运载体系（10 %-30 %）相比显著提高。基因运载作用：尹等人首次将黑磷量子点用作基因运载体系，其运载能力为92.7 %，这与传统的脂质体及脂质体相比运载能力要高很多。

4 结论

二维黑磷纳米片具有尺寸可调，形貌可控等优势，通过系列手段可实现纳米片厚度的精确调控，因此黑磷纳米片在生命科学、催化及能源领域有着广阔的应用前景。具体到生命科学领域，通过对黑磷表面的不同修饰可实现二维黑磷纳米片在生物成像（荧光成像、光热成像、光声成像、拉曼成像等）、生物传感及生物治疗（光治疗、光动力治疗及光热治疗等）领域的广泛应用。因此基于二维黑磷纳米片通过与不同功能纳米材料的复合有望实现对肿瘤的诊断及同步治疗。

参考文献：

[1] Sun， Z;Yu， X. F.， TiL4 -Coordinated Black Phosphorus Quantum Dots as an Efficient Contrast Agent for In Vivo Photoacoustic Imaging of Cancer. Small，2017，13（11）.

[2]Yang， G.; Guo， Z.， Facile synthesis of black phosphorus-Au nanocomposites for enhanced photothermal cancer therapy and surface-enhanced Raman scattering analysis. Biomaterials science，2017，5（10）.

[3]Yan，S.;Shi，Y.，Supercritical carbon dioxide-assisted rapid synthesis of few-layer black phosphorus for hydrogen peroxide sensing. Biosensors and Bioelectronics，2016（80）.

作者簡介：

刘付光（1998- ），男，汉族，山东新泰市人，本科在读，临沂大学，功能纳米材料。

通讯作者：

胡尊富。

基金项目：

临沂大学大学生创新创业训练计划项目（S201910452009）