黑磷烯——其供电子性增强裸眼识别肿瘤

肿瘤的早期检测在肿瘤的诊断和治疗中意义重大,血清肿瘤标志物的检测是肿瘤诊断常用的医学方法之一。但在肿瘤早期,血清中的肿瘤标志物含量非常低(pg/mL级别),因此发展高灵敏和选择性的检测方法是提高肿瘤早期诊断的关键。

磷有3种同素异形体,分别为白磷、红磷和黑磷。作为最稳定的同素异形体,黑磷在近三年内引起了广泛的关注。黑磷是一种层状的半导体,少数层黑磷(二维黑磷烯)具有较高的电子迁移率(≈200 – 1000 cm2 V1 s1)和较大的开关比(> 105)和各向异性,使其在纳米电子和光电领域具有良好的应用前景。但是,黑磷烯在空气、水和光照条件下不稳定,容易氧化降解,使其稳定性大大下降,从而限制了它的进一步应用。“缺点并非全然是缺点”,“良材美器,宜在尽用之地”。黑磷烯具有较低的氧化还原电位(0.48 V,相对标准氢电极),表明它容易失去电子,可作为优秀的电子供体。同时,在黑磷烯的结构中,一个磷原子与周围3个磷原子形成P-P键,其表面暴露出一对孤对电子,因此黑磷烯可作为一个电子仓库源源不断地提供电子。

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“他山之石,可以攻玉”,来自厦门大学的研究团队另辟蹊径,充分利用黑磷烯的供电子性质首次构建了一种简单、快速和高灵敏检测肿瘤标志物的新方法。他们首先在黑磷烯表面合成纳米金,证实负载在黑磷烯表面的纳米金能高效催化黄色的对硝基苯酚(4-NP)还原成无色的对氨基苯酚(4-AP)。接着在纳米金表面固定肿瘤标志物的抗体,由于催化活性位点被抗体覆盖,催化反应不发生,黄色的4-NP不褪色;当加入含有肿瘤标志物的血清时,由于抗原和抗体的强相互作用,使抗体从纳米金表面脱落下来,催化活性位点重新暴露,还原反应恢复,黄色的4-NP逐渐褪色,从而可裸眼识别肿瘤标志物。

该工作充分利用黑磷烯的供电子性质,黑磷烯作为电子仓库源源不断地为催化还原反应提供电子,从而增强催化反应效率,提高了肿瘤标志物的检测灵敏度(检测下限低至0.2 pg/mL),为肿瘤标志物的检测提供了一种新方法,并为黑磷烯在生物医学领域的应用提供了新的思路。相关论文发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201603589)