Small:晶面选择性解理制备硅纳米片及其生物光子学应用研究

集成了治疗和成像功能的多功能纳米材料的开发大大促进了生物光子学发展。硅作为生命系统中的基本元素,硅基纳米材料具有出色的生物相容性。具有理想的生物光子学性能的新型硅基纳米材料,在临床纳米医学具有巨大的应用潜力。单质硅是一种立方晶系的非范德华(non-vdW)材料,较难直接获取二维片层结构。但是硅的{111}面拥有比{100}和{110}晶面更低的解理能。因此可以通过解理充分暴露{111}晶面的晶体硅来合成二维硅纳米片(Si NSs)。

中国科学院深圳先进技术研究院王佳宏、喻学锋团队发展了一种新颖的自上而下的技术获得了硅纳米片,并探索了其在生物光子学中应用的可能性。首先利用硫碘共辅助化学气相传输(chemical vapor transport)法制备了具有充分暴露{111}面的八面体硅晶体,然后利用探头超声的空化作用将该晶体液相剥离为纳米片。所制备的2D SiNSs具有良好的生物相容性,在近红外一区(NIR-I,785 nm)激光激发下能有独特的拉曼散射信号响应,容易与蛋白质及其他有机物信号进行区分;有望在无外标记和信号增强剂的情况下实现细胞内生物光子成像。此外,2D SiNSs在近红外二区(NIR-II,1064 nm)的消光系数达到11.3 Lg–1cm–1,光热转换效率为21.4%,可以实现对肿瘤细胞的高效杀伤,能用于NIR-II光热癌症治疗。

本研究中提出的晶面选择性解理的策略可为非范德华材料的二维纳米结构制备提供借鉴。二维硅基纳米材料良好的生物相容性、优异的近红外生物光子学特性也可能应用于未来的临床诊疗中。相关论文以“From Octahedron Crystals to 2D Silicon Nanosheets: Facet-Selective Cleavage and Biophotonic Applications”在线发表于Small (DOI: 10.1002/smll.202003594)。论文共同第一作者是程自强博士、博士研究生崔浩东,通讯作者为王佳宏副研究员和喻学锋研究员。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、广东省特支计划等项目的支持。