科學家開發出黑磷異質結放療增敏劑

近日， 中國科學院深圳先進技術研究院研究員喻學鋒課題組與暨南大學教授陳填烽課題組合作， 設計合成了一種黑磷/氧化鉍二維異質結， 在小鼠模型上實現了X射線誘導光動力協同放射治療。 該項研究成果以 Stable black phosphorus/Bi2O3 heterostructures for synergistic cancer radiotherapy為題發表在生物材料期刊Biomaterials上， 論文共同第一作者為深圳先進院助理研究員黃浩和暨南大學博士賀利貞。

與傳統的放療、化療相比， 光動力治療因其微創、低毒等優勢廣受關注。 但常規光動力治療採用穿透能力較差的可見或近紅外光作為激發光源， 對於較深位點的腫瘤治療效果欠佳。

X射線擁有極強的組織穿透能力， 以X射線為能量源可以同時整合成像與治療為一體， 被譽為下一代診療手段。 然而， 大多數常用的有機光敏劑和無機半導體光敏劑均無法被X射線有效激發， 而且臨床療效還受到輻射劑量和增敏劑毒性的限制。 因此， 開發高效低毒的X射線光敏劑意義重大。 圍繞該項課題， 喻學鋒團隊以黑磷、硒化鉍等二維材料為基礎， 設計了一系列X射線腫瘤診療劑（Small, 12, 4136, 2016、Biomaterials. 11, 4848, 2017）。

在該項工作中， 研究團隊通過控制水解擴散， 在黑磷納米片表面原位生長了氧化鉍納米顆粒， 氧化鉍成功佔據黑磷的表面缺陷， 極大提升了該異質結在水環境中的穩定性並將該材料用於體內的X射線誘導光動力學協同放射治療。

利用鉍原子的大光電散射截面以及黑磷與三氧化二鉍之間形成的Z型能帶結構， 實現了X射線輻照誘導的單線態氧高效發生， 促進了對腫瘤細胞的有效殺傷。 由於磷、氧、鉍等元素的低生物毒性和可代謝性， 這項研究在癌症臨床治療方面具有巨大的應用前景， 也為構建環境穩定的黑磷基異質結提供了一種有效策略。

該研究工作得到了中科院前沿科學研究重點計畫、國家自然科學基金、深圳市基礎佈局等專案的資助。

黑磷/氧化鉍異質結製備及放療增敏原理示意圖