中国科技大学徐航勋教授与王育才教授在超薄聚吡咯纳米片的空间限域合成与其在光热治疗应用研究中取得新进展
光热疗法是一种新型微创或无创治疗肿瘤的方法，其主要利用吸光材料在近红外光照射下产生的局部热量来杀死肿瘤细胞。开发具有高光热转换效率的光热材料一直是光热疗法研究的重点。当前研究普遍集中在发展能在近红外生物窗口Ⅰ（650-950 nm）具有响应的光热转换材料。与近红外生物窗口Ⅰ相比，近红外生物窗口Ⅱ具有更大皮肤可承受光暴露能量上限以及更优的光学穿透深度，然而在近红外生物窗口Ⅱ(1000-1350 nm)具有高光热转换效率的高分子材料鲜有报道，开发能够在近红外生物窗口Ⅱ具有优异光热转换效率并具有良好生物相容性的材料仍然是一个挑战。
聚吡咯是一种众所周知的光热高分子材料也具有很好的生物相容性，迄今为止，对聚吡咯的光热研究仅仅停留在近红外生物窗口Ⅰ，如何通过调控其物理结构与电子结构应用于近红外生物窗口II的研究尚未见诸于报道。最近，来自中国科技大学高分子系徐航勋教授以及生命科学院王育才教授的研究团队在Nano Letters上报道了一种超薄二维聚吡咯纳米片空间限域合成新方法并展示其在近红外生物窗口Ⅱ能够实现高效光热肿瘤治疗。他们首先以具有层状结构的氯氧化铁为模板，在插入吡咯单体进行原位氧化聚合后得到具有超薄片层形貌的二维聚吡咯（PPy）纳米片。由于层状氯氧化铁的空间模板限域效应，所制备的PPy纳米片普遍具有小于3 nm的厚度，最薄的仅有1 nm （图1）。
图1. 超薄层状PPy纳米片的制备示意图及其TEM/AFM图片
由于所得到的PPy纳米片具有超薄的二维片状结构，有利于酸解氯氧化铁模板过程中吸附大量掺杂离子，能够实现高度掺杂，进而使PPy纳米片的电子结构中形成双极化子能带。这个独特的性质使得PPy纳米片在近红外生物窗口Ⅱ展现出与普通PPy纳米球截然不同的光学吸收特性(图2)。测量结果显示其在1064 nm处的消光系数达到27.8 L g-1 cm-1，在1064nm激光照射下的光热转换效率达到64.6%，大大超过了之前所报道过的其他无机/有机光热材料，这也是二维聚合物纳米片用于近红外生物窗口Ⅱ光热治疗的首次报道。
他们设计一系列体外和体内实验来进一步验证超薄PPy纳米片的高效光热肿瘤消除能力。PPy纳米片有良好的生物相容性，在1064nm的激光照射能够快速有效的杀死肿瘤细胞。体内的肿瘤治疗实验结果显示通过静脉注射PPy纳米片的肿瘤经过光热疗后几乎被完全消除，而且1064 nm相对于808 nm具有更好的治疗效果 (图3)。以上结果充分体现了超薄二维聚合物纳米片在近红外生物窗口Ⅱ光热肿瘤治疗的巨大潜力。
图3. PPy纳米片应用于体内动物实验的治疗结果
超薄二维高分子材料具有独特的光物理与光化学特性，是一类具有潜力的生物材料，这项工作在发展二维聚合物材料用于光热治疗领域取得重要的进展，同时也为今后设计和合成更多的聚合物纳米结构应用于生物领域提供了新的思路。
该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院前沿科学重点研究项目以及中国科学院软物质化学重点实验室等经费支持。
论文题目为：Ultrathin Polypyrrole Nanosheets via Space-Confined Synthesis for Efficient Photothermal Therapy in the Second Near-Infrared Window
论文连接：
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.7b04675
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