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生物与医学工程学院研发新型复合材料可有效杀伤肿瘤细胞并降解有机染料废水
发布日期:2017-11-28  字号:   【打印

近日,生物与医学工程学院钱海生教授课题组,首次制备出由上转换荧光纳米颗粒与合金半导体组成的蛋黄-蛋壳结构复合材料,在近红外光下可激活产生高活性氧物质,在肿瘤治疗与有机染料废水治理领域具有广阔应用前景。相关成果发表在国际著名学术期刊《应用催化B:环境》上(Applied Catalysis B: Environmental 2018, 224, 854-862;影响因子9.446,论文的第一作者是其2015级硕士研究生王婉妮同学)。

超氧自由基、单线态氧和羟基自由基等活性氧类物质可损伤细胞内DNA、溶酶体、线粒体等从而杀死细胞。而近红外光可以避免人体中的水分和血红蛋白对其吸收,更好地穿透人体组织到达深部的肿瘤组织,且相比于可见光和紫外光对人体正常细胞和组织的伤害更小。因此,近红外光下激活产生高活性氧物质的催化纳米材料体系是目前纳米医学与环境化学等领域的研究热点之一。

研究表明,合金的II-VI族复合半导体具有较好的光稳定性以及光活性。然而,由于上转换荧光纳米颗粒粒子与II-VI族半导体的晶格失配度非常高,化学制备上转换纳米粒子与II-VI族半导体组成的核壳结构复合材料一直是材料领域的难点。

针对这一难题,钱海生教授课题组成功地研发了一种简单的模板辅助水热法,首次制备出上转换荧光纳米颗粒与合金半导体组成的蛋黄-蛋壳结构复合材料(如图1所示)。对其蛋黄-蛋壳纳米结构形成的生长机理研究表明,该结构具有较高的荧光能量转移效率以及高活性氧生成能力。同时,这一新型材料的纳米结构具有非常好的生物相容性,并能够将水中的有机物污染物降解为二氧化碳和水分子,可广泛用于生物医学、环境化学与能源领域。 

据介绍,该课题组目前已经成功地制备了上转换荧光纳米颗粒与硫化铜组成的蛋黄-蛋壳结构复合材料(如图2),具有优越的光热效应性能,可应用于肿瘤细胞的多模态治疗。

此前,该课题组利用静电纺丝技术,将上转换荧光纳米颗粒与半导体共纺,大规模制备上转换荧光纳米颗粒与半导体复合纳米纤维。同时通过改变纤维中半导体材料的种类和含量来调节复合材料的光谱响应范围,通过改变上转换荧光纳米颗粒的含量 来改善材料的近红外光吸收和转换性能,改善复合物的光催化活性,制备出了一系列复合纳米纤维。研究成果发表在《催化化学》《可持续发展化学》等国际著名期刊上(ChemSusChem 2016, 9, 1449-1454; Particle & Particle Systems Characterization 2016, 33, 248-253; CrystEngComm 2016, 18, 6013-601; ChemCatChem 2017, 9, 3611-3617; Chinese Journal of Catalysis 2017, 38, 1851–1859)。

该项研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助,研究成果已申请发明专利6项。

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图1. UCNPs@ZnxCd1-xS纳米结构的合成过程与结构表征

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图2. UCNPs@CuS纳米结构的合成过程与结构表征

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图3. UCNPs/TiO2/CdS纳米结构的合成过程与结构表征

(宣讯/文  钱海生/图)  
编辑:周慧
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