黒磷细胞毒性的尺寸效应及其机理

作为单质磷的一种重要同素异形体,黑磷具有三种相结构。其中,正交相黑磷具有层状结构,这使得可以通过机械剥离方法制备类似石墨烯的极薄的黑磷。这种极薄的黑磷称为磷烯。因其载流子迁移率高、带隙可调控的特性,磷烯在石墨烯之后作为一种新的二维材料引起了人们浓厚的研究兴趣,在电子以及光电子领域展现了巨大的应用潜力,也为研究凝聚态物理等领域的一些热点问题提供了理想的材料模型。目前,获得大尺寸磷烯的途径主要依赖于从正交相黑磷体块单晶中通过剥离技术得到。清华大学化学系严清峰课题组发展了一种两步加热化学气相传输法,实现了高转化率的、毫米级、高结晶质量正交相黒磷体块单晶的制备(Science China Materials 2016, 59, 122-134)。通过精细的结构和光学表征,结合量子化学计算,他们进一步揭示了在化学气相传输法由红磷制备黑磷过程中紫磷的重要作用(CrystEngComm 2017, 19, 905-909)。

Smll-yanqingfeng

黒磷不仅在电子以及光电子领域领域备受青睐,它在生物医学领域也有突出的表现和广阔的应用前景。黒磷在光热和光动力治疗各种癌症(例如:乳腺癌、宫颈癌和胶质瘤)表现出巨大的潜力。此外,它还能作为一个高效的癌症治疗药物的运输载体。因此,深入地了解黒磷的细胞毒性至关重要。最近,清华大学严清峰课题组与中科院沈阳应用生态研究所赵青课题组以及美国麻省大学邢宝山课题组合作,对黒磷的细胞毒性进行了系统的研究。利用化学气相传输法合成高结晶质量的黒磷单晶,采用水相剥离的方法获得不同横向尺寸和厚度的黒磷薄片用于细胞毒性研究。实时细胞分析的结果表明,黒磷薄片的浓度和尺寸对不同类型的细胞的毒性是有显著差异的。进一步研究表明,这种细胞毒性来源于细胞内的活性氧生成和细胞膜的破坏,但只有后者与黒磷薄片的尺寸大小有关。由此可见,黒磷引发细胞失活的机制是异常复杂的。因此,对黒磷的细胞毒性进行风险评估对其在生物医学上的应用具有重要意义。

本工作以封面文章的形式发表Small上(DOI: 10.1002/smll.201701210,中科院沈阳应用生态研究所张雪娇副研究员和清华大学化学系博士生张子明为论文共同第一作者,清华大学严清峰副教授、中科院沈阳应用生态研究所赵青研究员及美国麻省大学邢宝山教授为论文共同通讯作者。