深圳先進(jìn)院在Chemical Reviews上合作發(fā)表黑磷研究綜述
近日，中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院喻學(xué)鋒研究員團(tuán)隊(duì)和中科院生態(tài)環(huán)境研究中心江桂斌院士、曲廣波研究員團(tuán)隊(duì)合作，在化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威刊物Chemical Reviews發(fā)表題為"Property-Activity Relationship of Black Phosphorus at the Nano-Bio Interface: From Molecules to Organisms"（黑磷納米生物界面的性質(zhì)-活性關(guān)系：從分子到生命體）的綜述（DOI：10.1021/acs.chemrev.9b00445，影響因子54.301）。
作為第一個(gè)被成功制備的單元素二維半導(dǎo)體，黑磷具有高遷移率、各向異性、可調(diào)帶隙等獨(dú)特性能，在催化能源、光電器件、生物醫(yī)學(xué)和阻燃材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，深圳先進(jìn)院喻學(xué)鋒研究團(tuán)隊(duì)圍繞著黑磷和黑磷烯的制備和應(yīng)用技術(shù)開(kāi)展了系列研究工作，先后在Nature Commun.、Adv. Mater.、Angew Chem. Int. Ed.等刊物發(fā)表黑磷相關(guān)JCR一區(qū)論文40多篇。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先開(kāi)展了黑磷基腫瘤光熱治療[Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5003-5007;Nature Commun., 2016, 7, 12967]、基因運(yùn)載[Angew. Chem. Inter. Ed.2018, 57, 10268-10272]、活性磷療[Angew. Chem. Int. Ed.2019, 58, 769-774]等系列工作，并與江桂斌、曲廣波團(tuán)隊(duì)合作率先揭示了化學(xué)修飾對(duì)黑磷生物效應(yīng)的影響[Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 14488-14493]。
圖1.黑磷-生物系統(tǒng)界面及其相互作用示意圖
在上述研究中團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，和其它納米材料一樣，材料界面的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)黑磷與生物系統(tǒng)的交互作用影響巨大。并且，黑磷表面三配位的磷原子上存在孤電子對(duì)，展現(xiàn)出非常獨(dú)特的化學(xué)和生物活性，這表明黑磷的界面性質(zhì)尤其值得關(guān)注。然而，目前對(duì)黑磷與生物系統(tǒng)的相互做用規(guī)律和機(jī)制十分欠缺，這限制了黑磷的高效和廣泛應(yīng)用。在此過(guò)程中，在黑磷與生物體及微環(huán)境中形成了相互作用的復(fù)雜界面。黑磷-生物界面的本質(zhì)是在黑磷表面和生物分子或結(jié)構(gòu)表面之間形成的動(dòng)態(tài)接觸區(qū)域，這些區(qū)域大多存在于在含氧和水的生物微環(huán)境中（圖1A）。根據(jù)生物界面的復(fù)雜程度，黑磷-生物界面可分為黑磷-液體、黑磷-分子、黑磷-生物結(jié)構(gòu)、BP-細(xì)胞和BP-生物個(gè)體等多個(gè)層次的界面（圖1A）。進(jìn)入生物體后，明確黑磷與生物系統(tǒng)在黑磷-生物界面上的相互作用方式對(duì)于研究其生物效應(yīng)與醫(yī)學(xué)應(yīng)用十分重要（圖1B）。這種相互作用直接影響其在組織中的累積和分布、細(xì)胞特異性吞噬與亞細(xì)胞的定位以及后續(xù)觸發(fā)的生物學(xué)效應(yīng)。因此，深入理解BP-生物界面及其相互作用是提高其應(yīng)用效率和降低其負(fù)面影響的前提。
圖2. 黑磷的制備方法、性質(zhì)和生物醫(yī)用示意圖。
本綜述中，研究團(tuán)隊(duì)詳細(xì)討論了在黑磷（黑磷烯）的界面性質(zhì)及其相關(guān)的物理化學(xué)特性和生物效應(yīng)。團(tuán)隊(duì)首先全面回顧了近年來(lái)黑磷的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究（圖2）。除總結(jié)了在黑磷-生物界面上形成的相互作用方式外，還綜述了黑磷應(yīng)用過(guò)程中可能的多種暴露方式以及進(jìn)入體內(nèi)后的生物分布、細(xì)胞攝入與引起的各種生物效應(yīng)如免疫效應(yīng)以及基于免疫效應(yīng)的應(yīng)用（圖3）。
圖3. 黑磷的暴露途徑與免疫效應(yīng)。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還討論了黑磷的環(huán)境行為和其進(jìn)入環(huán)境后引起的潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)?；趯?duì)黑磷-生物界面知識(shí)的積累與其生物效應(yīng)的分子機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)還總結(jié)了黑磷納米材料的安全設(shè)計(jì)方法和改變黑磷界面物理化學(xué)性質(zhì)的策略（圖4），特別是如何增強(qiáng)黑磷的化學(xué)穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)黑磷-生物相互作用等（圖5），這是影響黑磷生物學(xué)行為的關(guān)鍵。這篇綜述有助于研究者理解黑磷-生物界面、生物活性、應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)和相應(yīng)策略，這些方法將有效促進(jìn)黑磷這一新型二維納米材料在各個(gè)領(lǐng)域的探索和實(shí)際應(yīng)用。
圖4. 黑磷理化性質(zhì)的調(diào)控方法示意圖。
圖5. 黑磷界面性質(zhì)的調(diào)控方法示意圖。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.chemrev.9b00445
