Advanced Functional Materials:一种新颖的含有氧空位的Pt-TiO2异质结作为双向增强的声敏剂用于化疗-声动力协同癌症治疗

随着纳米医学的快速发展,多种治疗方式被用于癌症治疗。其中,体外无创或微创治疗由于其较高的特异性、时空可控性以及对正常组织较小的毒副作用等优点而被认定为是一种具有潜力的治疗策略。其中,声动力治疗由于其具有较高的组织穿透深度以及缺乏光毒性等特点被认为比传统的光线治疗具有更高的应用潜能。然而,传统的无机声敏剂二氧化钛中较低的声动力量子产率以及肿瘤乏氧的微环境却极大地限制了声动力治疗的进一步发展。

针对上述问题,中国科学院长春应用化学研究所林君研究员、程子泳研究员以及南京大学郭霞生团队合作通过巧妙地设计,成功地制备了一种结构新颖的含有氧空位的Pt-TiO2异质结。在超声波的激发下,沉积的Pt和表面形成的氧空位都会促进二氧化钛中电子和空穴的分离进而双向增强其声动力治疗效果。另外,Pt作为纳米酶可以催化肿瘤组织中的过氧化氢产生氧气,从而缓解了肿瘤的乏氧,为声动力治疗中产生毒性的ROS提供了足够的氧源。相关结果发表在Advanced Functional Materials(DOI:10.1002/adfm.201908598)上。

在本项工作中,研究团队首先合成了一种均匀的介孔中空结构的二氧化钛基质,然后将其均匀地铺在亲水性的硅片上形成单层膜,并且利用离子溅射技术将Pt源沉积到二氧化钛的上层,从而可控地制备了一种Pt-TiO2 Janus 纳米颗粒子,最后将这种纳米粒子利用氢气还原的方法制备得到一种含有氧空位的Pt-TiO2异质结。研究发现通过改变还原时间和温度会得到了不同结构的Pt-TiO2 异质结。为了保证纳米粒子具有高度的生物利用性,文中选用了在500 ℃还原2 h得到的异质结作为研究对象,并且详细地表征了该条件下得到的异质结的基本特性以及探究了其双向增强声动力治疗的机理。二氧化钛的中空结构用来担载抗癌药物以及有机小分子声敏剂阿霉素从而实现化疗-声动力协同治疗,进一步提高了肿瘤的治疗效率。体外细胞及小鼠的活体实验结果也均证实了协同治疗所具有的最佳治疗效果。此外,这种新颖结构的设计以及合成方法为半导体基异质结的制备开辟了新的思路和方向。