纳米材料光电子特性操控下的生物响应研究取得系列进展
纳米材料基于光电子特性所引发的生物体系信号响应，正在成为当前纳米生物学研究领域的前沿热点。明晰纳米材料的能级结构、界面电子传输及光控物种的形成规律，有助于操控纳米-生物界面下的生物举止和行为，从而有助于设计制备智能、安全、高效的纳米系统，用于癌症等重大疾病的诊断与治疗。
中国科学院长春应用化学研究所张海元课题组近日报道了新型的硫化铋金纳米异质材料，用于肿瘤的光热微创治疗。课题组通过深能级缺陷理论首次揭示了窄带系硫化铋纳米材料区别于传统材料等离子共振的光热本质，利用能级嵌入原理构建的新型铋金纳米异质结构，能够显著提升深能级缺陷的密度，从而将硫化铋纳米材料的近红外光热转换效率从33.6%提高到了51.1%，进一步的时空多样性体内体外生物信号检测全方位验证了其在肿瘤光热消融治疗中的安全性和高效性。研究成果作为VIP文章发表于近期的Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 246，并获得Wiley官网特约撰稿人的重点推送及述评(http://newsroom.wiley.com/press-release/angewandte-chemie-international-edition/tumors-heat-new-method-more-effective-photothe)。
课题组此前基于纳米材料的光电子特性广泛地拓展了其在生物体系中的应用，取得了一系列的研究成果，包括利用错位能级构建纳米材料用于皮肤癌的光动力治疗（Small 2017, 13, 1603935）、利用晶面异质特性构建新型抗菌纳米材料（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 5907）、阐明纳米材料晶面原子排布特异性对生物安全性的潜在影响（ACS Nano 2016, 10, 6062）及通过能带弯曲水平衡量纳米材料的毒性引发强度（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6406）。
图: 窄带系Bi2S3-Au纳米材料中的深能级缺陷（BiS和VS）能够促进光生电子和空穴的非辐射复合，产生高密度声子，引发光热特性，刺激细胞热休克蛋白的表达，诱导细胞凋亡，导致肿瘤的热应激损伤
