中科院纳米能源所李琳琳&王中林团队 ACS Nano：具有压电电子效应的纳米声敏剂用于增强肿瘤声动力治疗

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声动力治疗（SDT）是在超声波作用下，通过声敏剂产生活性氧（ROS）引起细胞氧化损伤和死亡的治疗策略，具有较高的组织穿透性和生物安全性，在抗菌、恶性肿瘤、感染性疾病治疗等方面具有广阔的应用前景。然而，目前SDT的治疗效果远远无法达到预期。对无机声敏剂来说，声敏剂中电荷载流子（即电子-空穴对）的快速复合导致ROS的产生效率低下，亟需解决。

近年来，具有压电电子学效应的压电半导体材料已被证明可以改善电荷载流子的迁移和分离，从而促进ROS的产生。借助压电电子学效应，2018年，中科院北京纳米能源与系统研究所李琳琳课题组构建了同轴核壳结构的金@钛酸钡@二氧化钛纳米棒结构，实现了光激发下的抗菌和促进伤口修复（Nano Energy, 2018, 46, 29-38）。随后在2021年，他们将具有肖特基型结的金@钛酸钡压电纳米立方体应用于声动力抗菌和促进伤口修复（Nano Today, 2021, 37, 101104）。最近，中科院北京纳米能源与系统研究所李琳琳课题组与王中林院士合作，开发了一种钛酸钡-氧化铜的压电异质结构（Cu_2-xO-BTO），用于肿瘤的声动力和化学动力的联合治疗，以提高肿瘤治疗效果（ACS Nano, 2022, doi: 10.1021/acsnano.2c01968）。

图1 基于Cu_2-xO-BTO的肿瘤声动力和化学动力联合治疗示意图。

基于压电电子学原理，Cu_2-xO-BTO异质结在超声作用下产生不断更新的极化内建电场，大大促进了超声触发的电子-空穴对的迁移和分离，并有效抑制了电子-空穴对的复合。同时，压电电子学效应进一步导致了能带弯曲，实现了高效的单线态氧（¹O₂）和羟基自由基（•OH）生成以增强了肿瘤的声动力治疗。此外，Cu_2-xO赋予了Cu_2-xO-BTO异质结类芬顿（Fenton-like）反应的活性，可将肿瘤部位的内源性过氧化氢（H₂O₂）转化为•OH，用于化学动力治疗（CDT）。

图2 Cu_2-xO-BTO在声动力和化学动力过程中ROS的生成。

动物实验表明，Cu_2-xO-BTO异质结在超声作用下具有较高的肿瘤抑制率（76%），是一种有效的声敏剂和化学动力纳米药物。综上所述，这项工作制备了一种基于压电电子学效应的多功能压电异质结声敏剂，推动了压电电子学效应在生物医学应用的研究进展。

图3 对4T1荷瘤小鼠的声动力和化学动力的联合治疗。

近期，该研究成果以“Piezotronic Effect-Augmented Cu_2-xO-BaTiO₃ Sonosensitizers for Multifunctional Cancer Dynamic Therapy”为题发表在学术期刊ACS Nano上。文章第一作者是广西大学和中科院北京纳米能源与系统研究所联合培养博士生赵运超，通讯作者为中科院北京纳米能源与系统研究所的王中林院士和李琳琳研究员。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01968

李琳琳课题组主页：

https://www.x-mol.com/groups/lilinlin

（课题组每年招收多名广西大学-中科院纳米能源所联培硕士生和博士生，欢迎联系）

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