DOI:10.1016/j.mtnano.2021.100132
硅烯作為一種新興的二維材料，具有高比表面積、優(yōu)異的光學性能、獨特的電子特性以及理想的生物相容性和生物降解性等多方面特性，為其在生物醫(yī)學領(lǐng)域提供了廣闊的應(yīng)用前景。迄今為止的研究表明了硅烯在生物醫(yī)學應(yīng)用中的非凡潛力，包括用于腫瘤治療、生物成像和抗菌材料。本文總結(jié)了近年來二維硅烯納米材料的制備工藝與生物醫(yī)學方面的研究進展。首先，本文概述了硅烯納米片的多種合成方法，為高質(zhì)量的硅烯制備提供新思路。其次，本文介紹了基于硅烯納米材料的最新生物醫(yī)學應(yīng)用進展。最后，本文總結(jié)并提出了硅基納米材料臨床轉(zhuǎn)化中的相關(guān)挑戰(zhàn)和未來發(fā)展前景。
硅烯作為硅材料的全新拓撲結(jié)構(gòu)，具有獨特的理化性質(zhì)，在電學和光電子學應(yīng)用方面取得了顯著進展。隨著對二維硅烯材料研究的深入，硅烯在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用得到廣泛的關(guān)注。初步研究表明，硅烯在生物成像、癌癥診斷和治療以及抗菌材料方面具有廣闊的前景。相較于傳統(tǒng)硅材料，硅烯用于生物醫(yī)學領(lǐng)域具有許多吸引人的特性如:
(i) 硅烯表面具有豐富的羥基等基團，易被表面改性;
(ii) 硅烯在生理條件下可降解為安全無毒的硅酸并通過代謝排出體外；
(iii) 體外和體內(nèi)研究表明，具有良好生物相容性的硅烯不會對生物體構(gòu)成安全威脅，不會引起體內(nèi)毒性反應(yīng)；
(iv) 硅烯具有強光吸收能力和高光熱轉(zhuǎn)換效率，使得其可用作光熱劑以及光聲成像中的造影劑，有望成為新一代納米治療劑，實現(xiàn)診治一體化。
近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所施劍林院士和林翰博士在納米材料領(lǐng)域的新秀期刊Materials Today Nano上發(fā)表了題為“Emerging Two-Dimensional Silicene Nanosheets for Biomedical Applications”的綜述論文。
圖1. 新型二維硅烯納米材料用于生物醫(yī)學應(yīng)用的示意圖。
圖2. 二維硅烯納米材料用于腫瘤的光響應(yīng)治療。(a) 硅烯光熱劑用于光熱治療的示意圖。 (b) 剝離后硅烯納米片的 TEM 圖像。 (c) 不同功率輸入的 NIR-II 激光 (1064 nm) 處理下，硅烯懸浮液的光熱轉(zhuǎn)換升溫曲線。 (d) 對照組和SNSs-BSA + NIR-II治療組的4T1荷瘤小鼠的腫瘤紅外熱像圖。 (e) 治療期間荷瘤小鼠的 Kaplan-Meier 存活曲線。(f) 賴氨酸脫甲基酶3a ( KDM3A )調(diào)節(jié)二維硅烯在乳腺癌光熱治療中產(chǎn)生的抗性。 (g) 光熱治療后基因改變的火山圖。 (h, i) 經(jīng)不同治療后乳腺癌細胞系部分蛋白質(zhì)的免疫印跡。 (j) PTT/KD + PTT 通過引發(fā)DNA 損傷和細胞應(yīng)激調(diào)節(jié)細胞凋亡的示意圖。
硅烯獨特的性質(zhì)促進了其廣泛的生物應(yīng)用，然而基于硅烯的納米醫(yī)學臨床轉(zhuǎn)化仍面臨巨大挑戰(zhàn)。基于此，本文作者指出了硅烯的納米藥物發(fā)展有待解決的問題，并提出了對未來前景的展望：
（1）在制備工藝方面，需要開發(fā)更完善的硅烯制備工藝以實現(xiàn)大規(guī)模和穩(wěn)定的生產(chǎn)。
（2）在長期生物安全評價方面，需要進一步探索硅烯的體內(nèi)分布及硅烯與體內(nèi)生物物質(zhì)的相互作用關(guān)系。
（3）在硅烯納米藥物給藥形式方面，對于不同的疾病可以更具針對性。
（4）未來開發(fā)硅烯在生物醫(yī)學方面的新應(yīng)用。
（5）建立完備的硅基納米材料生物風險評估標準。
林翰，中國科學院上海硅酸鹽研究所特別研究助理（博士后），研究工作圍繞低維納米材料的設(shè)計合成、理論模擬及其生物學效應(yīng)和醫(yī)學應(yīng)用研究。累計在著名國際期刊上發(fā)表第一/通訊作者論文19篇，包括Science Advances, Chemical Society Reviews, Journal of the American Chemical Society, Advanced Materials, Nano Letters, ACS Nano, Advanced Science, Biomaterials等，其中，5篇論文入選ESI高被引論文，1篇論文入選ESI熱點論文，國家發(fā)明專利申請受理5項。SCI論文總引用次數(shù)>4000，H-index = 29（Google Scholar）。獲得中國科學院百篇優(yōu)博論文、中國科學院院長特別獎和上海市高等學校優(yōu)秀畢業(yè)生等獎勵和榮譽，現(xiàn)主持國家自然科學基金委、中國科學院、上海市科學技術(shù)委員會和中國博士后科學基金會等機構(gòu)資助的基金項目共6項。
施劍林，中國科學院院士，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員，博士生導(dǎo)師。中科院首批“百人計劃”入選者（1994），國家杰出青年基金獲得者（1996），教育部長江學者特聘教授（2008）。擔任國家重大基礎(chǔ)研究計劃和國家重點納米專項首席科學家，同時還承擔并負責多項國家自然科學重點基金、“863”材料高技術(shù)和科學院創(chuàng)新方向性等多項國家與地方科研項目?，F(xiàn)主要從事無機納米材料，介孔材料與介孔主客體復(fù)合材料的合成、非均相催化性能與環(huán)境應(yīng)用；介孔納米顆粒的可控合成及其生物相容性、多功能化、藥物輸運和納米診療劑等方面的研究（1998至今）。最近提出了“納米催化醫(yī)學”的全新研究前沿方向，使用無毒納米顆粒而不使用傳統(tǒng)的有毒化療藥物，通過引發(fā)瘤內(nèi)原位的催化反應(yīng)達到抗腫瘤目的。
