北理工在等離子體摻雜半導體納米晶增強光動力治療取得進展


多重增強NIR-II光誘導光動力治療的Au/CdSexS1-x納米啞鈴合成、原理及應用

光動力治療(PDT)作為一種新型無創治療手段在腫瘤治療和細菌感染治療中被廣泛應用。然而短波長光的組織穿透深度較淺以及低活性氧(ROS)的產生阻礙了其發展。實現長波長的近紅外二區(NIR-II)光誘導的多重增強的光動力治療至關重要?;诖丝茖W問題,醫工融合研究院的生物醫用新材料PI團隊張加濤教授設計合成了半導體摻雜以及局域表面等離子體共振(LSPR)增強等多重增強的近紅外二區(NIR-II)Au/CdSexS1-x納米啞鈴雜化結構,與國家納米科學中心王浩、喬增瑩研究員合作,開發了用于高效的NIR-II光誘導抗菌光動力治療的新材料。相關成果在線發表在國際頂級期刊ACS Nano上。

為實現高效率ROS產生及更高PDT效率,在團隊近紅外Au/CdSe納米啞鈴結構的精準制備、高效熱電子注入效應及光電催化產氫、光還原CO2性能應用研究進展(Adv. Energy Mater. 2019, 9(15), 1803889; Small2020, 16, e2000426)的基礎上,通過控制不同Se和S比例的Ag摻雜的CdSexS1-x的生長到各向異性的Au NRs的LSPR的兩端熱點上。Au 納米棒吸收了長波長的NIR-II光,精準的異質界面構建使Plasmon熱電子高效注入到兩端的半導體結構中。通過調整Se和S的比例來調整能帶結構獲得最大的熱電子注入效率,通過引入摻雜Ag可以抑制電子空穴的結合,另外,納米啞鈴異質結構促進了電子、空穴的有效分離。高的熱電子注入效率及電子、空穴的有效分離等多重增強實現了高效ROS的產生,實現了NIR-II光誘導的PDT抑制細菌和生物膜的生長。這種雜化納米啞鈴結構可以產生40倍的超氧自由基(·O2 -)和更多的羥基自由基(·OH)。小鼠體內實驗結果進一步證明該納米啞鈴具有良好的PDT療效。這種納米結構為NIR-II光誘導的PDT提供了一種新的策略。

上述研究成果得到了醫工融合研究院的經費支持,結構可控先進功能材料與綠色應用北京市重點實驗室、醫藥分子科學與制劑工程工信部重點實驗室等的平臺支持。北理工材料學院博士生王東為文章第一作者,國家納米科學中心喬增瑩,王浩研究員和北理工張加濤教授為共同通訊作者,北理工為第一通訊單位。

論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00772


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