张加涛等：等离子体掺杂半导体纳米晶增强光动力治疗取得进展

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光动力治疗(PDT)作为一种新型无创治疗手段在肿瘤治疗和细菌感染治疗中被广泛应用。然而短波长光的组织穿透深度较浅以及低活性氧(ROS)的产生阻碍了其发展。实现长波长的近红外二区（NIR-II）光诱导的多重增强的光动力治疗至关重要。基于此科学问题，医工融合研究院的生物医用新材料PI团队张加涛教授设计合成了半导体掺杂以及局域表面等离子体共振（LSPR）增强等多重增强的近红外二区（NIR-II）Au/CdSexS1-x纳米哑铃杂化结构，与国家纳米科学中心王浩、乔增莹研究员合作，开发了用于高效的NIR-II光诱导抗菌光动力治疗的新材料。相关成果在线发表在国际顶级期刊ACS Nano上。

半导体纳米晶

        为实现高效率ROS产生及更高PDT效率，在团队近红外Au/CdSe纳米哑铃结构的精准制备、高效热电子注入效应及光电催化产氢、光还原CO2性能应用研究进展（Adv. Energy Mater. 2019, 9(15), 1803889； Small2020, 16, e2000426）的基础上，通过控制不同Se和S比例的Ag掺杂的CdSexS1-x的生长到各向异性的Au NRs的LSPR的两端热点上。Au 纳米棒吸收了长波长的NIR-II光，精准的异质界面构建使Plasmon热电子高效注入到两端的半导体结构中。通过调整Se和S的比例来调整能带结构获得最大的热电子注入效率，通过引入掺杂Ag可以抑制电子空穴的结合，另外，纳米哑铃异质结构促进了电子、空穴的有效分离。高的热电子注入效率及电子、空穴的有效分离等多重增强实现了高效ROS的产生，实现了NIR-II光诱导的PDT抑制细菌和生物膜的生长。这种杂化纳米哑铃结构可以产生40倍的超氧自由基(·O2 -)和更多的羟基自由基(·OH)。小鼠体内实验结果进一步证明该纳米哑铃具有良好的PDT疗效。这种纳米结构为NIR-II光诱导的PDT提供了一种新的策略。
       上述研究成果得到了医工融合研究院的经费支持，结构可控先进功能材料与绿色应用北京市重点实验室、医药分子科学与制剂工程工信部重点实验室等的平台支持。北理工材料学院博士生王东为文章第一作者，国家纳米科学中心乔增莹，王浩研究员和北理工张加涛教授为共同通讯作者，北理工为第一通讯单位。
       论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00772


       文章来源：北京理工大学
      张加涛，男，1975年10月出生，北京理工大学徐特立特聘教授，博士生导师。2000年毕业于山东建材学院应用化学系应用化学专业。2003年4月在北京理工大学材料科学研究中心获得应用化学专业硕士学位。2006年7月在清华大学化学系获得无机化学专业理学博士学位，师从李亚栋教授。2006年9月到2007年11月在德国卡尔斯鲁厄研究中心纳米研究所做博士后研究工作。2008年1月到2011年1月在美国马里兰大学物理系MinOuyang教授课题组做全职ResearchAssociate工作。2011年3月开始以海外高层次人才引进，被北京理工大学聘为首位徐特立教授。在美国马里兰大学做全职ResearchAssociate期间，以学术骨干参加了美国NSF、海军局、国防部等重大基础研究课题。突破性实现了大晶格失配度下金属/半导体纳米核壳结构的非外延生长，首次实现了光-物质-自旋在金属/半导体量子点核壳纳米粒子中的精确调控。以第一作者在Nature、Science、NanoLetter等国际著名学术期刊上发表文章10余篇，国内、国际专利3个，研究工作已被引用700余次。目前承担国家自然科学基金“纳米制造的基础研究”重大研究计划培育项目（91123001），教育部博士点基金，北京理工大学徐特立特聘教授启动基金，北京理工大学校级重大项目培育专项项目。2011年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”。
         王浩，男，1967年10月出生。博士，博士后，湖北省“楚天学者”计划特聘教授，博士生导师，湖北大学物理与电子技术学院 院长。1989、1994年于华中理工大学（现华中科技大学）获工学学士、博士学位；1994～2002年先后在北京大学、香港中文大学从事博士后研究，2002年任上海交通大学微纳米研究院教授，1995～2007年分别多次到美国、新加坡、香港、台湾等地高校讲学与访问。任第五、六届中国国际纳米科技研讨会程序委员会副主席，第六届中国功能材料及其应用学术会议暨2007国际功能材料专题论坛执行委员会副主席、磁功能材料及其应用分会主席，美国材料研究学会(MRS)、英国物理学会(IOP)、新加坡材料研究学会(S-MRS)会员。