拓扑绝缘体Bi2Se3的在肿瘤放射治疗和X射线成像方面的应用

拓扑绝缘体是新一类物理材料,因为其独特的表面电子态和电子结构而带来了一系列新的物理现象,从而引起了物理和材料领域的广泛关注。Bi2Se3是一类典型层状拓扑绝缘体,已经受到凝聚态物理领域的关注。然而,其在生物医学中的应用鲜有报道。Bi为重金属,而Se为天然的抗肿瘤活性的元素,因此这为放射增敏和X射线成像提供了可能。

最近,中国医学科学院放射医学研究所张晓东博士与韩国延世大学Jeong Unyong教授课题组合作,在拓扑绝缘体的生物医学应用方面进行了新的探索。相关研究结果发表在Advanced Functional Materials(10.1002/adfm.201302312)上。首先使用化学还原法,制备了Bi2Se3 纳米颗粒,得到了尺寸为50 nm,厚度为2 nm 左右的纳米材料。通过X 射线衍射和高分辨透射电子显微镜,我们研究发现了其周期性的独特结构。

通过90 天的药代动力学研究发现,肝脏和脾脏是小鼠的重要分布器官。随着时间的增加,各个主要脏器中Bi 和Se 的含量逐步降低。在90 天后,只有不到5%的Bi和1%的Se能被观测到。这说明绝大部分的纳米颗粒可以通过肝脏和肾脏从体内排泄。进一步研究显示Bi2Se3纳米颗粒可以通过被动靶向作用在肿瘤中富集。在伽马射线辐照后,可以明显增强DNA断裂,具有较好的体内放射增敏作用。同时,通过X射线成像证实,纳米颗粒可以在肿瘤中高效的摄取。作为新型的材料,Bi2Se3在生物医学领域的研究表现出了极大的潜力。该工作受到了中国国家自然科学基金资助(81000668)和韩国国立基金(R32-20031)资助。

BT