深圳先進院建立二維矽納米片製備新方法並拓展其生物應用

2020-11-05 嶺南科苑

近日，中國科學院深圳先進技術研究院王佳宏課題組在二維矽納米片的定向解理及生物光子學應用中取得進展，相關工作以From Octahedron Crystals to 2D Silicon Nanosheets: Facet-Selective Cleavage and Biophotonic Applications為題發表於在材料領域國際權威期刊Small上（影響因子11.459）。論文共同第一作者是程自強博士和博士研究生崔浩東，通訊作者為深圳先進院王佳宏副研究員和喻學鋒研究員。

矽是人體的基本構成元素，矽基納米材料具有出色的生物相容性和獨特的可降解性。集近紅外拉曼成像與光熱治療為一體的二維單質矽納米片，有望實現成像引導的癌症治療，在臨床納米醫學方面有巨大潛力。單質矽是一種立方晶系的非範德華（non-vdW）材料，較難直接獲取二維片層結構。但是矽的{111}面擁有比{100}和{110}晶面更低的解理能。因此可以通過解理充分暴露{111}晶面的晶體矽來合成二維矽納米片（Si NSs）。

在本項研究中，研究人員利用硫碘共輔助化學氣相傳輸法製備了具有充分暴露{111}面的八面體晶體矽，隨後用簡單超聲液相剝離技術即可實現二維矽納米片的大量製備，其橫向尺寸約200 nm，平均厚度約13 nm。利用近紅外光具有比可見光更強的組織穿透能力，在波長為785 nm的雷射激發下，SiNSs能產生非常強的拉曼散射信號，容易與蛋白質和有機物的信號進行區分，實現了細胞內生物光子成像。此外，SiNSs在1064 nm處的消光係數達到11.3 L·g–1·cm–1，光熱轉換效率為21.4％，能有效地將NIR-II區的光吸收轉換成熱，實現對腫瘤細胞的高效殺傷。該結果也驗證了SiNSs用作癌症治療的潛力。

該研究工作中晶面選擇性解理的策略可為非範德華材料的二維納米結構製備提供借鑑，而SiNSs優異的近紅外生物光子學特性和良好的生物相容性，也可能在未來的納米醫藥中取得進一步成功。

該研究工作得到了國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、廣東省特支計劃等項目的支持。

矽納米片的製備及其近紅外拉曼成像和細胞光熱治療

二維矽納米片的製備及生物光子學應用：（a） 矽的晶體結構示意圖及各晶面解理能；（b）化學氣相傳輸法製備八面體矽和探頭超聲製備SiNSs的示意圖；（c）Hela細胞的明場圖像；（d）細胞內2D SiNSs拉曼散射譜；（e）細胞拉曼成像圖（白色虛線描繪了細胞輪廓，箭頭指示了SiNSs的細胞內分布）；（f）含有不同濃度SiNSs的Hela細胞在1064 nm雷射光照5 min後的存活率和螢光照片。

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