近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院喻學(xué)鋒研究員課題組與香港城市大學(xué)朱劍豪教授、深圳大學(xué)張晗教授合作，由課題組成員孫正博和謝寒寒等成功研發(fā)出新型的超小黑磷量子點(diǎn)，并應(yīng)用于腫瘤的光熱治療。相關(guān)論文《超小黑磷量子點(diǎn)的合成和光熱治療應(yīng)用》(Ultrasmall Black Phosphorus Quantum Dots: Synthesis and Use as Photothermal Agents, DOI: 10.1002/anie.201506154)已被德國應(yīng)用化學(xué)(Angew. Chem. Int. Ed. )封面報(bào)道(Inside Cover Story)，并被評(píng)為熱點(diǎn)文章(Hot Paper)。

    二維層狀材料，如石墨烯和過渡金屬硫化物(TMDs)等，由于其優(yōu)異特性，已經(jīng)成為一類在基礎(chǔ)研究和潛在應(yīng)用中擁有廣闊前景的納米材料。受到石墨烯和TMDs獨(dú)特二維特性的啟發(fā)，黑磷這種概念上的新層狀材料近期引起了世界各地研究者們極大的興趣。磷作為元素周期表中第十五號(hào)元素，其化合物通常具有化學(xué)發(fā)光性質(zhì)，或者通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生無熱光。黑磷是白磷經(jīng)高溫高壓后得到的黑色惰性同素異形體，它有著類似但不同于石墨烯片層裝結(jié)構(gòu)的波形層狀結(jié)構(gòu)，并且具備石墨烯所沒有的半導(dǎo)體間隙。更重要的是它的半導(dǎo)體帶隙是直接帶隙，即電子導(dǎo)電能帶(導(dǎo)帶)底部和非導(dǎo)電能帶(價(jià)帶)頂部在同一位置，而傳統(tǒng)的硅或者硫化鉬等都是間接帶隙。這意味著黑磷和光可以直接耦合，光譜包括了整個(gè)可見光到近紅外區(qū)域，因此，黑磷的光學(xué)性比石墨烯以及包括硅和硫化鉬在內(nèi)的其他材料有著獨(dú)特的優(yōu)勢，非常適合應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域。

    該研究小組對(duì)這種新型二維材料進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究，巧妙采用聯(lián)合探頭超聲和水浴超聲的液態(tài)剝離方法，可控制備二維層狀黑磷量子點(diǎn)，得到橫向尺寸約為2.6 nm的單原子層厚度黑磷量子點(diǎn)。通過檢測這種超小的黑磷量子點(diǎn)的光學(xué)屬性和對(duì)不同細(xì)胞系生存率的影響，發(fā)現(xiàn)其展示了優(yōu)異的近紅外光學(xué)性能，在808 nm的消光系數(shù)為14.8 Lg-1cm-1，光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)到28.4%，在近紅外激光的照射下能夠顯著的殺死腫瘤細(xì)胞，并且在多種細(xì)胞系中均展現(xiàn)出良好的生物相容性。二維層狀結(jié)構(gòu)的超小黑磷量子點(diǎn)作為另一種形式的二維材料展現(xiàn)了獨(dú)特的光學(xué)屬性，同時(shí)因?yàn)榱资巧矬w內(nèi)必須的元素，使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有無可比擬的優(yōu)勢，因此黑磷量子點(diǎn)作為高效光熱制劑用于癌癥治療擁有巨大的潛力。

    該研究得到了國家自然科學(xué)基金、香港研究基金會(huì)綜合研究基金、香港城市大學(xué)戰(zhàn)略研究基金和深圳市科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)項(xiàng)目等項(xiàng)目資助。