中文字幕一级黄色A级片|免费特级毛片。性欧美日本|偷拍亚洲欧美1级片|成人黄色中文小说网|A级片视频在线观看|老司机网址在线观看|免费一级无码激情黄所|欧美三级片区精品网站999|日韩av超碰日本青青草成人|一区二区亚洲AV婷婷

近幾年，黑磷作為一種新型的非金屬半導(dǎo)體納米材料引起了廣泛關(guān)注。其具有可調(diào)帶隙、高載流子遷移率和顯著的面內(nèi)各向異性等優(yōu)異的電子和光學(xué)特性。這些特性使其廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、光催化和場(chǎng)效應(yīng)晶體管等領(lǐng)域。此外，由于黑磷在一定的條件下可降解為無(wú)生物毒性的磷酸鹽，對(duì)細(xì)胞及活體表現(xiàn)出較低的細(xì)胞毒性及良好的生物兼容性，使得其在納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也具有潛在的研究?jī)r(jià)值。然而，目前黑磷在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的報(bào)道多集中在癌癥治療方面，如光熱力學(xué)治療、光動(dòng)力學(xué)治療或其它聯(lián)合治療等，其在生物傳感和生物成像等醫(yī)療診斷方面的報(bào)道較少。因?yàn)?，黑磷具有厚度相關(guān)的光致發(fā)光性能，即小尺寸的黑磷才具有發(fā)光性質(zhì)。

 

1.    黑磷概述

 

黑磷（Black phosphorus）是一種非金屬的層狀半導(dǎo)體，并且在磷元素的同素異形體中是最穩(wěn)定的。黑磷是通過(guò)弱的范德華力由褶皺的磷層堆疊而成，其可以通過(guò)剝離形成單層和多層的二維（2D）納米片。黑磷的原子結(jié)構(gòu)如圖1所示，在磷單層內(nèi)，每個(gè)磷原子與相鄰的三個(gè)磷原子通過(guò)共價(jià)鍵相連形成褶皺的磷層結(jié)構(gòu)，磷層面與面之間通過(guò)范德華作用力緊密結(jié)合一起。與其他2D納米材料相比，納米級(jí)的黑磷具有褶皺結(jié)構(gòu)及其沿Z字形方向的雙層結(jié)構(gòu)，其褶皺的結(jié)構(gòu)使黑磷具有更高的比表面積。并且黑磷具有可調(diào)諧和厚度相關(guān)的帶隙，與石墨烯的零帶隙和二硫化物（TMD）的大帶隙（1 - 2.0 eV）形成對(duì)比，黑磷的帶隙與其厚度相關(guān)，可通過(guò)控制黑磷的厚度使其帶隙從 0.3 eV 到 2.0 eV 進(jìn)行調(diào)整，其可調(diào)帶隙表明了黑磷在紫外線和整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域的廣泛吸收。除此之外，黑磷納米片還具有良好的載流子遷移率（103 cm2·V−1s−1），因此黑磷被認(rèn)為在電子和光電器件方面具有潛大的應(yīng)用。黑磷優(yōu)異的電子和光學(xué)性能，包括可調(diào)諧帶隙，高載流子遷移率和寬光吸收使材料在許多應(yīng)用中具有潛力，包括太陽(yáng)能電池，光催化，晶體效應(yīng)晶體管，和光學(xué)傳感器。此外，它的低細(xì)胞毒性和光學(xué)特性使其能夠用于癌癥治療和生物傳感器。

 

 

 

▲圖1. 黑磷的原子結(jié)構(gòu)示意圖

 

除了對(duì) 2D 結(jié)構(gòu)黑磷納米片的研究，最近，黑磷的另一種零維結(jié)構(gòu)納米材料即黑磷量子點(diǎn)（Black phosphorus quantum dots，BPQDs）通過(guò)化學(xué)方法成功合成并引起關(guān)注。2015 年，Zhang 和同事首次實(shí)現(xiàn)了 BPQDs 制備的突破。他們使用了一種簡(jiǎn)便的液相超聲技術(shù)來(lái)生產(chǎn) BPQDs，Zhang 和同事成功制備了大小均一及分散性較好的 BPQDs。最近幾年，BPQDs 引起人們的廣泛研究。人們又發(fā)現(xiàn)了 BPQDs 的發(fā)光、成像和光熱轉(zhuǎn)換性能。迄今為止，BPQDs 的許多重要應(yīng)用已經(jīng)陸續(xù)探索，這些應(yīng)用涉及廣泛的生物領(lǐng)域，特別是熒光傳感，生物成像和癌癥治療領(lǐng)域。

 

 

 

▲圖2. BPQDs 的合成、性質(zhì)、功能化修飾和應(yīng)用的示意圖

 

2.    黑磷量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)

 

Castellanos 等人在 2014 年發(fā)現(xiàn)黑磷具有層數(shù)依賴的發(fā)光性質(zhì)，黑磷隨著層數(shù)的減小在熒光光譜上出現(xiàn)發(fā)射峰的現(xiàn)象，即黑磷在小尺寸下才表現(xiàn)出發(fā)光性能。隨后，Ge 等人發(fā)現(xiàn) BPQDs 在藍(lán)紫色波長(zhǎng)區(qū)域具有強(qiáng)烈且穩(wěn)定的熒光發(fā)射。如圖3為 BPQDs 不同波長(zhǎng)激發(fā)下的發(fā)射光譜圖，隨著激發(fā)波長(zhǎng)逐漸增大，熒光峰的強(qiáng)度增加。此外也證明了 BPQDs 的熒光穩(wěn)定性，并且熒光量子產(chǎn)率為11.92％。這歸因于從最低未占分子軌道（LUMO）到最高占據(jù)分子軌道（HOMO）和低于 HOMO（H-1，H-2）的占據(jù)分子軌道的電子躍遷。

 

 

 

 

▲圖3. BPQDs 的熒光發(fā)射光譜圖（300、320、340 和 360nm 的不同波長(zhǎng)激發(fā)）

 

BPQDs 不同于常規(guī)量子點(diǎn)，其光學(xué)特性具有異常尺寸依賴性。Niu 等人通過(guò)時(shí)間密度泛函理論計(jì)算研究了 BPQDs 的尺寸依賴電子，光學(xué)吸收和發(fā)射特性。電子間隙和吸收間隙都遵循與 BPQDs 的直徑成反比的規(guī)律，與量子限制效應(yīng)一致。相反，發(fā)射間隙在 0.8-1.8 nm 的范圍內(nèi)表現(xiàn)出異常的尺寸依賴性，隨著尺寸的增加其發(fā)生藍(lán)移。實(shí)際上，異常是由激發(fā)態(tài)弛豫引起的結(jié)構(gòu)變形引起的，并且導(dǎo)致在小 BPQDs 中發(fā)生巨大的斯托克斯位移。然而，斯托克斯的轉(zhuǎn)變最終衰減到接近零，這表明 BPQDs 是良好的光學(xué)材料。

 

科學(xué)家們還從 BPQDs 的固有點(diǎn)缺陷和氧化反應(yīng)兩個(gè)方面對(duì)其光吸收耐受性進(jìn)行了探究。各種固有的結(jié)構(gòu)缺陷和氧化在制備 BPQDs 時(shí)幾乎是不可避免的，它們?nèi)绾斡绊戨娮雍凸鈱W(xué)性質(zhì)仍不清楚。在這里，作者通過(guò)采用時(shí)間密度泛函理論，揭示了 BPQDs 中有兩種類型的光吸收，用于點(diǎn)缺陷和氧化。一個(gè)緊密的結(jié)構(gòu)-吸收關(guān)系被揭開(kāi)：只要缺陷 P 原子的配位數(shù)（CN）為 3，BPQDs 就是耐缺陷的并且顯示出優(yōu)異的光吸收。相反，具有 CN≠3 的不飽和或過(guò)飽和 P 原子產(chǎn)生-間隙狀態(tài)（IGS）并完全淬滅光學(xué)吸收。作者進(jìn)一步提出了通過(guò)充分的氫鈍化來(lái)消除 IGS 并修復(fù)有缺陷的 BPQDs的光吸收的有效方法（圖4），缺陷光學(xué)容差使 BPQDs 成為電子和光電應(yīng)用的潛在的材料。

 

 

▲圖4.（a）BPQDs 兩種類型吸收示意圖；（b）原始和有缺陷的 BPQDs 的優(yōu)化基態(tài)結(jié)構(gòu)的頂視圖和側(cè)視圖；（c）原始和有缺陷的 BPQDs 的電子缺口。（d）原始和有缺陷的 BPQDs的吸收光譜

 

BPQDs 熒光的發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟了人們對(duì) BPQDs 熒光性質(zhì)的探索。Lee 等人又證實(shí)了 BPQDs 的熒光發(fā)射依賴于激發(fā)波長(zhǎng)，其中 BPQDs 發(fā)射的熒光具有多種顏色（藍(lán)色，綠色）。如圖5所示，他們記錄了 BPQDs 在 290 至 450 nm 范圍激發(fā)下的熒光光譜。強(qiáng)發(fā)射峰位于 394 至 516 nm，最大量子產(chǎn)率為 7.2％。Gu等人利用溶劑熱方法合成了具有 8.4％的量子產(chǎn)率的 BPQDs，其熒光呈現(xiàn)綠色，并且 BPQDs 具有高光穩(wěn)定性和 pH 抗性。BPQDs 在 350 nm 附近具有吸收峰，并且隨著激發(fā)波長(zhǎng)的增加，發(fā)射峰從 491 nm 紅移至 521nm。BPQDs 熒光特性可能源于 BPQDs 的多分散性，這與其他基于 2D 層狀納米材料（石墨烯，二硫化鉬）量子點(diǎn)一致。

 

 

▲圖5. BPQDs 在 290-450 nm 激發(fā)范圍內(nèi)的熒光光譜圖

 

除了 BPQDs 的熒光性質(zhì)，BPQD 的其他光學(xué)性質(zhì)引起人們的注意。Sun 等人，發(fā)現(xiàn)合成超小型 BPQDs 具有優(yōu)異的近紅外光熱性能。如圖6所示，BPQDs 具有廣泛的吸收帶，跨越紫外到近紅外區(qū)域，類似于其他二維層狀材料（氧化石墨烯，二硫化鉬）。根據(jù) Lambert-Beer 定律（A/L = aC，其中 a 是消光系數(shù)），觀察到 A/L 對(duì)濃度（C）的依賴性的線性趨勢(shì)，808 nm 處的消光系數(shù)為14.8 L·g−1·cm−1, BPQDs 的較大消光系數(shù)可以快速有效地將 NIR 光轉(zhuǎn)換為熱能。這也反映了 BPQDs 是較好的光熱材料，表明了 BPQDs 在 PTT 領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用前景。

▲圖6.（a）分散在水或 PBS 溶液中的 BPQDs；（b）BPQDs-PEG 的吸光度光譜圖；（c）BPQDs 的光熱加熱曲線圖（808 nm 激發(fā) 1.0 W/cm2）；（d）BPQDs-PEG 的熱循環(huán)圖

 

Li 等人研究了 BPQDs 的光動(dòng)力效應(yīng)，并通過(guò)電子自旋共振（ESR）光譜和1O2 探針檢測(cè)了 1O2 的產(chǎn)生。如圖7所證實(shí)了 BPQDs 產(chǎn)生了活性氧（ROS）。具體過(guò)程如下：他們使用 2, 2, 6, 6-四甲基哌啶（TEMP）作為 1O2 捕獲劑。在 ESR光譜中觀察到由 1O2 產(chǎn)生的特征信號(hào)，揭示了 1O2 的產(chǎn)生。并且使用自由基捕獲劑（5, 5-二甲基-1-吡咯啉 N-氧化物）來(lái)排除其他 ROS。因此檢測(cè)到的 ROS 是從 BPQDs 生成的。另外，他們又使用了檢測(cè) 1O2 的探針 1, 3-二苯基異呋喃（DPBF）

 

▲圖7.（a）BPQD-PEG 在不同條件下的 ESR 光譜；（b）625 nm 激光照射探針不同時(shí)間的 DPBF 的紫外吸收光譜圖（80 mW/cm2）來(lái)檢測(cè) 1O2 的產(chǎn)生，1O2 可以與 DPBF 反應(yīng)并且導(dǎo)致 410 nm 處的吸收強(qiáng)度降低。隨著 625 nm 光照射時(shí)間的增加，DPBF 的吸收強(qiáng)度在 410 nm 處持續(xù)下降，這意味著光照下 BPQDs 產(chǎn)生了 1O2，也證實(shí)了 BPQDs 可作為 PDT 的良好光敏劑。

 

3.    黑磷量子點(diǎn)的制備方法

目前 BPQDs 的制備方法不同于常規(guī)量子點(diǎn)發(fā)展成熟，自從 2015 年，Zhang課題組首次制備了 BPQDs，引起了科研人員對(duì) BPQDs 制備方法研究的熱潮。目前制備 BPQDs 的方法有液體剝離法、溶劑熱合成法、電化學(xué)剝離法、脈沖激光照射法等。其中液相剝離方法應(yīng)用比較廣泛，下面對(duì)上述已報(bào)道BPQDs 的合成方法進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。超聲波剝離法是一種基于溶液的簡(jiǎn)便方法（例如溶液中的超聲波剝離），并且超聲波剝離法對(duì)于制備新興的 BPQDs 很受歡迎。Zhang 等人,首先通過(guò)液相超聲波剝離來(lái)合成 BPQDs。具體方法是將塊狀黑磷在研缽中研磨并且和 N-甲基吡咯烷酮（NMP）混合。將混合物在冰浴中超聲處理（200 W）3h，然后將超聲的混合物離心（7000 rpm，20 min）并收集上清液，最后將上述上清液離心（12000 rpm，20 min）收集 BPQDs。如圖8即為 BPQDs 的形貌表征圖，表明了獲得的 BPQD 具有 4.9 ± 1.6 nm 的橫向尺寸和 1.9 ± 0.9 nm 的厚度。通常情況下，液體剝離可以用于分離 2D 層狀材料并制備量子點(diǎn)。當(dāng)該方法可用于制備石墨烯和二硫化鉬的量子點(diǎn)，但是它通常具有寬的尺寸分布和相對(duì)低的產(chǎn)率。因此，科研人員將研磨和超聲波處理工藝結(jié)合起來(lái)，在液相中通過(guò)離心去除大塊黑磷晶體，從而提高 BPQDs 的產(chǎn)率及均一性。

▲圖8. BPQDs 的形貌表征圖。（a）BPQDs 的 TEM 圖像；（b）BPQDs 的高倍 TEM 圖像；（c，d）具有不同晶格條紋的 BPQD 的 HRTEM 圖像；（e） BPQDs 的 TEM 粒徑統(tǒng)計(jì)分析圖像；（f）BPQDs 的 AFM 圖像；（g，h）沿（f）中的白線的 BPQDs 高度剖面圖；（i） BPQDs 的高度統(tǒng)計(jì)分析圖

 

自從 BPQDs 的制備方法被報(bào)道后，更多的研究人員致力于研究黑磷量子點(diǎn)的合成方法并對(duì)其合成方法進(jìn)行改善。Sun 等人采用探頭超聲和冰浴超聲處理結(jié)合策略，以黑磷粉末為原材料，NMP 為溶劑來(lái)制備 BPQDs。首先通過(guò)探頭將塊狀黑磷超聲處理成黑磷納米片，然后將冰浴超聲處理成 BPQD，用此方法所合成了較小的 BPQDs，其顆粒的橫向尺寸約為 2.6 nm，厚度約 1.5 nm。探頭超聲和水浴超聲處理方法通常用于剝離 2D 層狀材料。與探頭超聲相比，水浴超聲可以將大量的黑磷分解成更小的顆粒；但是，單獨(dú)使用水浴超聲可能會(huì)導(dǎo)致不均一的納米片。該探頭超聲和水浴超聲的組合有利于將大塊黑磷晶體剝離成超小型BPQDs。

 

本著簡(jiǎn)便、快速和有效合成 BPQDs 的目的，朱等人使用家用廚房攪拌機(jī)超快速完成了 BPQDs 的制備。圖9即為使用廚房攪拌器快速合成 BPQDs 的示意圖。在分解過(guò)程中，將 30 mg 的塊狀黑磷分散在體積為 300 mL 二甲基亞砜（DMSO）中并用家用廚房攪拌器處理。當(dāng)攪拌器工作過(guò)程中，較大轉(zhuǎn)速可以破壞黑磷晶體的層間范德華力，然后分解黑磷晶體層。當(dāng)黑磷晶體在高速湍流下剝離和分解時(shí)，分散體的顏色變?yōu)樽厣?，最終形成 BPQDs 分散體。40 min 后，收集上清液，然后離心（13500 rpm, 30 min）收集 BPQDs，在收集前并用異丙醇（IPA）進(jìn)一步洗滌兩次以除去溶劑殘余物。最后，將收集的 BPQDs 重新分散在 IPA 中進(jìn)行表征，結(jié)果表明所制備的 BPQD 的尺寸約為 2.25 nm，其厚度 0.58 至 1.45 nm。BPQDs 的超小尺寸和良好的結(jié)晶結(jié)構(gòu)表明了使用廚房攪拌機(jī)制備 BPQDs 的可行性。與其他方法相比，使用廚房攪拌器制備 BPQDs 的方法具有簡(jiǎn)便、快速和產(chǎn)率高的特點(diǎn)。

▲圖9.（a）家用廚房攪拌機(jī)制備 BPQDs 的示意圖;（b）BPQDs 的表征圖

 

2016 年，Zhang 課題組使用另一種溶劑熱合成方法成功制備了 BPQDs。圖10即為在 NMP 中使用溶劑熱法制備 BPQDs 的示意圖。首先將塊狀黑磷研磨成黑磷粉末加入含有 NMP 溶液的瓶中，然后將 20 mL 黑磷 NMP 溶液，180 mLNMP 和 200 mg NaOH 加入燒瓶，并在在 N2 保護(hù)下 140 ℃劇烈攪拌反應(yīng) 6 h。最后，將所得反應(yīng)液離心（7000 rpm, 20 min）取上清液。淺黃色上清液即是含有BPQDs 的 NMP 溶液，結(jié)果顯示所制備的 BPQDs 的橫向大小約為 2.1 nm。2017年，Gu 等人在典型合成 BPQDs 方法的基礎(chǔ)上使用溶劑熱合成法制備了BPQDs。他們先將黑磷晶體分散在 NMP 中在超聲波（360 W）下作為納米片進(jìn)行剝離。然后將上述分散體在 N2 保護(hù)下 140 ℃劇烈攪拌反應(yīng) 12 h。在此過(guò)程中，溶液逐漸變?yōu)榈S色也意味著 BPQDs 的形成。其方法制備的 BPQDs 尺寸約為 1.71 nm，這比之前報(bào)道制備 BPQDs 的方法所制備的 BPQDs 要小，在溶劑熱合成方法中，NaOH 飽和的 NMP 溶液可以改善黑磷納米片和 QD 的穩(wěn)定性。

▲圖10.（a）溶劑熱合成法制備 BPQD 的示意圖；（b）BPQDs 的表征圖

 

與機(jī)械和液相剝離技術(shù)相比，溶劑熱處理易于控制，可大規(guī)模生產(chǎn)超小型BPQDs。除了液相剝離法和溶劑熱法制備 BPQDs，電化學(xué)剝離法也被報(bào)道用于制備BPQDs。Pumera 課題組首次使用基于溶液的電化學(xué)剝離法制備 BPQDs。他們首先合成了較大的黑磷晶體，然后在兩個(gè)鉑電極之間施加 10 V 的恒定電位進(jìn)行剝離和縮小顆粒的尺寸。如圖11，雙極電極可以在黑磷微粒的相對(duì)端產(chǎn)生相反的電位，導(dǎo)致黑磷微粒分解成納米顆粒。電化學(xué)剝離方法制備的顆粒雖然不如其他方法制備的尺寸小，然而，它是制備 BPQDs 的一種可行的方法。我們可以在超聲波剝離之前用化學(xué)剝離處理，兩種不同的剝離方法的組合可以顯著提高BPQDs 在溶液中的制備效率。

▲圖11. 電化學(xué)剝離法制備 BPQDs 的示意圖

 

Ge 等人報(bào)道了通過(guò)脈沖激光燒蝕在乙醚中獲得大量的黑磷納米顆粒。他們使用 1064 nm Nd：YAG 脈沖激光器在乙醚中制備 BPQDs，重復(fù)頻率為 5 Hz，能量為 30 mJ 脈沖，脈沖寬度為 6 ns。將塊狀黑磷溶于乙醚置于容器底部，脈沖激光用于消融黑磷 20 min 以獲得平均尺寸為 7 nm 為的 BPQDs。之后，Ren 等人又通過(guò)脈沖激光燒蝕方法在異丙醚溶劑中成功合成了平均尺寸為 6 nm 的BPQDs。

 

4.    黑磷量子點(diǎn)的生物應(yīng)用

由于 BPQDs 具有優(yōu)異的熒光性質(zhì)，使得 BPQDs 在生物成像及傳感領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。2016 年，Lee 等人發(fā)現(xiàn) BPQDs 具有熒光發(fā)射性質(zhì)并可用于HeLa 細(xì)胞成像，如圖12所示，BPQDs 具有良好的熒光信號(hào)，在紫外和可見(jiàn)光激發(fā)下觀察細(xì)胞內(nèi)具有藍(lán)色和綠色熒光。與其他量子點(diǎn)相比，BPQDs 具有生物相容性，并且可以在幾乎沒(méi)有細(xì)胞毒性的身體系統(tǒng)中自發(fā)降解，同時(shí)具有用于潛在生物探針應(yīng)用的熒光發(fā)射。Lee 等人在氯仿中制備了具有穩(wěn)定藍(lán)色發(fā)光的 BPQDs，并比較了 BPQDs 在不同有機(jī)溶劑中的發(fā)光性能，但是作者未發(fā)現(xiàn)BPQDs 在 NMP 中的發(fā)光性能，作者最終將獲得的 BPQDs 進(jìn)行簡(jiǎn)單的功能化后成功用于細(xì)胞成像。

▲圖12. BPQDs 的細(xì)胞成像圖。（a，d）明場(chǎng)圖；（b，e）熒光圖；（c，f）合并圖像

 

BPQDs 的發(fā)光性能及細(xì)胞成像也推動(dòng)了其在生物傳感的應(yīng)用。Gu 等人通過(guò)超聲和溶劑熱法結(jié)合成功制備了具有綠色熒光發(fā)射的 BPQDs。利用 BPQDs的熒光性質(zhì)構(gòu)建了一個(gè)用于硫醇檢測(cè)的熒光生物傳感系統(tǒng)并且該傳感器可以評(píng)估乙酰膽堿酶的活性。如圖13a所示，5, 5-二硫代-（2-硝基苯甲酸）（DTNB）可與硫醇基團(tuán)反應(yīng)生成 2-硝基-5-硫代苯甲酸根陰離子（TNB）。TNB 紫外吸收與 BPQDs 的激發(fā)光譜顯示出相當(dāng)大的光譜重疊，并導(dǎo)致 BPQDs 的熒光猝滅。利用 BPQDs 和 DTNB 構(gòu)建基于內(nèi)濾效應(yīng)（IFE）的熒光傳感器，用于檢測(cè)含巰基的分子。因此，基于熒光 BPQDs 和 TNB 之間的 IFE 可以評(píng)估乙酰膽堿酯酶（AchE）的活性。同時(shí)，他們又使用 BPQDs 作為熒光探針開(kāi)發(fā)了用于檢測(cè) Hg2+的熒光傳感器。圖 13b 即為 BPQDs 傳感器的機(jī)理示意圖，由于 BPQDs 的激發(fā)光譜與四苯基卟啉四磺酸（TPPS）的吸收光譜之間的重疊，這個(gè)傳感是基于TPPS 和 BPQDs 之間的 IFE，BPQDs 的熒光通過(guò) IFE 被 TPPS 淬滅。由于 Hg2+可以加速 Mn2+與 TPPS 的配位，Mn2+ -TPPS 復(fù)合物導(dǎo)致 TPPS 的吸收強(qiáng)度降低，BPQDs 的藍(lán)綠色（523 nm）熒光恢復(fù)，TPPS 的紅色（649 nm）熒光減少。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 BPQDs 傳感器顯示出對(duì) Hg2+的良好線性響應(yīng)，范圍為 1 至 60 nM，檢測(cè)限為 0.39 nM。

▲圖13. （a）基于 IFE 機(jī)理 BPQDs 的硫醇/AchE 活性檢測(cè)示意圖；（b）BPQDs 熒光傳感器用于檢測(cè) Hg2+的示意圖

 

我們已經(jīng)在 BPQDs 光學(xué)性質(zhì)部分證實(shí)了 BPQDs 具有優(yōu)異的光熱性質(zhì)，即在紅外區(qū)域具有較大的消光系數(shù)，可以有效的將光轉(zhuǎn)換成熱能。因此 BPQDs 是用于 PTT 良好材料，由于 BPQDs 優(yōu)異的光熱性質(zhì)，引起人們使用 BPQDs 對(duì)其 PTT的研究。Zhang 課題組在發(fā)現(xiàn) BPQDs 作為光熱劑的潛力材料后，并探索了使用808 nm 激發(fā)的 BPQDs-PEG 在膠質(zhì)瘤細(xì)胞（C6）和乳腺癌細(xì)胞（MCF-7）中的光熱效應(yīng)。細(xì)胞與 BPQDs 孵育 4 h 后，用 808 nm 激光（1.0 W/cm2）照射 C6 和MCF-7 細(xì)胞。持續(xù) 10 min 觀察到這些細(xì)胞的 BPQDs 光熱效應(yīng)依賴于 BPQDs 的濃度。通過(guò)鈣黃綠素（AM：具有綠色熒光的活細(xì)胞）和碘化丙啶（PI：具有紅色熒光的死細(xì)胞）來(lái)區(qū)分活細(xì)胞和死細(xì)胞。在近紅外（NIR）激光照射下用 50 ppmBPQDs 孵育后幾乎所有細(xì)胞都被殺死。在沒(méi)有 BPQDs 孵育的情況下，細(xì)胞暴露于 NIR 激光不會(huì)抑制細(xì)胞活力。由于標(biāo)準(zhǔn)的甲基噻唑基四唑（MTT）測(cè)定顯示對(duì)用 20 至 200 ppm 的 BPQDs 孵育的癌細(xì)胞具有超低毒性，因此增強(qiáng)的癌細(xì)胞死亡可歸因于 BPQDs 的高光熱效率。BPQDs 的 NIR 光激發(fā)導(dǎo)致顯著的細(xì)胞死亡，進(jìn)一步表明 BPQDs 在癌癥治療中的潛在用途。

▲圖14. BPQDs-PEG 的體內(nèi)光熱療圖。（a）4T1 腫瘤小鼠的熱像圖；（b）4T1 腫瘤的小鼠的腫瘤溫度變化圖；（c）不同情況處理帶有 4T1 腫瘤的小鼠照片；（d）不同情況處理的小鼠 4T1 腫瘤的相應(yīng)生長(zhǎng)曲線圖

 

Sun 等人使用了聚乙二醇化 BPQDs 作為光敏劑在 4T1 腫瘤小鼠上進(jìn)行癌癥的 PTT 實(shí)驗(yàn)。并且使用成像儀設(shè)備檢測(cè) BPQDs-PEG 處理的腫瘤區(qū)域的溫度變化。如圖14所示，在 808 nm 激光照射下，腫瘤的溫度在 5 min 內(nèi)從 34 ℃顯著增加至 59 ℃。相比之下，在相同的照射條件下，沒(méi)有注射 BPQDs 的腫瘤的溫度僅略微增加了 6 ℃。之后用 BPQDs-PEG 納米顆粒和激光照射處理的小鼠，它們的實(shí)體腫瘤逐漸收縮并在治療 3 天后結(jié)痂（圖 c）。相反，僅用相同功率密度的激光照射或僅用 BPQDs-PEG 納米顆粒處理的小鼠的腫瘤隨著培養(yǎng)時(shí)間而增長(zhǎng)。同時(shí)也表明聚 BPQDs-PEG 納米顆?？梢杂糜诎┌Y體內(nèi)的 PTT。

▲圖15.（a）不同試劑用于 PDT 治療腫瘤小鼠圖；（b）腫瘤生長(zhǎng)曲線圖；（c）H＆E 染色的腫瘤切片的組織學(xué)圖像；（d）不同試劑處理 S180 腫瘤小鼠后的體重變化圖；（e）給藥后不同時(shí)間點(diǎn) BPQDs 的累積清除百分比圖（n = 5）

 

除 PTT 外，BPQDs 被發(fā)現(xiàn)是一種非常有效的光敏劑可以產(chǎn)生單線態(tài)氧，顯示出在 PDT 中應(yīng)用的巨大潛力。Guo 等人探究了 BPQDs 在光照下對(duì)體內(nèi)和體外的光動(dòng)力效應(yīng)，發(fā)現(xiàn) BPQDs 可有效產(chǎn)生活性氧以殺死癌細(xì)胞。在實(shí)驗(yàn)中作者以攜帶 S180 腫瘤的 BALB/c 裸鼠作為模型來(lái)研究 BPQDs 的 PDT 治療效果。他們將腫瘤小鼠隨機(jī)分為四組：未經(jīng)任何治療的小鼠（空白）；只注射 BPQDs小鼠（僅限 BPQDs）；僅用光照射小鼠（僅光照）；注射 BPQDs，然后用 670 nm光（160 mW/cm-2）照射 20 min 的小鼠（BPQDs+光照）。小鼠注射 BPQDs 并暴露于光照后，腫瘤的生長(zhǎng)受到顯著抑制（圖15），與之形成鮮明對(duì)比的是老鼠在其他對(duì)照組中表現(xiàn)出快速的腫瘤生長(zhǎng)。因此，BPQDs 可以作為生物相容性和強(qiáng)大的光敏劑，用于高效的光動(dòng)力療法。從研究結(jié)果來(lái)看 BPQDs 可能是優(yōu)于傳統(tǒng) Ce6 的光敏劑，該研究為未來(lái)的臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。