Small:结构工程激活层状生物可降解金属氧化物纳米材料用于光热癌症治疗

由于纳米材料尤其是过渡金属二硫化物(TMDs)和金属氧化物的性能高度依赖于其结构特征,包括尺寸、厚度、暴露晶面、缺陷、空位、结晶度、晶相和层间距等,结构工程化被认为是一种调控材料性能的有效方法。通过电化学放电或正丁基锂进行锂处理的方法被广泛用于层状TMDs的剥离、晶相工程和空位生成,并在各种应用中获得优异的性能。最近研究证明金属氧化物的结构工程也能通过金属锂处理来实现,包括缺陷工程(如TiO2、ZnO、SnO2和CeO2)、晶格畸变(如TiO2和Co3O4)和层间距扩展(如MoO3),从而提高了它们在光催化、超级电容器和锂电池中的应用。目前,锂处理金属氧化物结构工程策略主要用于提高其在能源器件相关应用中的性能,而在生物医学领域尤其是光学诊疗方面鲜有报道。

香港城市大学谭超良教授课题组和苏州大学程亮教授课题组等通过简单的机械球磨和丁基锂处理,实现层状金属氧化物的形貌、氧缺陷和层间距等结构调控,激活金属氧化物MoO3-x 纳米带在近红外二区的吸收,将其用于近红外二区肿瘤的光热治疗和光声成像,并且制备的MoO3-x 纳米带具有生物可降解性能,大大提高其安全性。洛阳师范学院周战博士、苏州大学王咸文博士和美国劳伦斯伯克利国家实验室的张辉博士为本文的共同第一作者,相关成果发表于Small(DOI: 10.1002/smll.202007486)上。

在该工作中,研究者通过简单丁基锂处理诱导的结构工程,实现了对层状金属氧化物纳米材料(MoO3-x和WO3-x)近红外二区光学吸收的激活,并将其用于近红外二区的光学诊疗。体内外实验结果均证明,经过高分子修饰后的MoO3-x纳米带在1064 纳米激光照射下能够高效地消融癌细胞和肿瘤组织。此外,MoO3-x纳米带具有可生物降解性,可在一定的时间内从体内排出,大大提高其生物安全性。该工作证明了通过对层状金属氧化物纳米材料的结构工程化可调节金属氧化物纳米材料的光学性能,并大大拓展其在生物医学中的应用如光动力疗法,化学动力学疗法和声动力疗法等。