基于手性氧化钼纳米晶的圆偏振光光热治疗

注：文末有研究团队简介 及本文科研思路分析

光学活性指的是手性分子偏振平面偏振光的能力。当左圆偏振光（LCP）和右圆偏振光（RCP）所叠加而成的线偏振光通过一个具有光学活性的系统时，由于光通过手性系统的速度的不同将使得该系统对于LCP和RCP的吸收不一致，从而导致线偏振光变成了椭圆偏振光或者圆偏振光——这种光学现象就是圆二色性,而其对应的色谱技术被称为圆二色谱（CD）。然而，大多数研究集中在具有本征手性的手性材料。如手性分子，在它们之中，手性来源于与外部电磁场的弱耦合所产生的相对较小的极子运动。直到近年来，手性的概念才逐渐引入到无机纳米材料当中并经历了快速蓬勃的发展。作为一种新型材料，其实际应用也从简单的手性识别，分离等演化到了复杂的手性催化、生物材料、超材料等领域。

湖北大学程佳吉副教授以及中国医科大学徐晓倩研究团队利用手性诱导效应制备了一种具有可见-近红外双通道的强手性非化学计量比氧化钼纳米材料，其选择性光学吸收特性使其成为了一种良好的手性光热剂可应用于癌细胞的光热治疗。

通过调控氧化还原反应的用量，该工作实现了具有可见光范围或者近红外光范围的可控手性氧化钼纳米颗粒的合成。并通过化合价态的调整，使得不同光学性质的手性氧化钼纳米颗粒可以通过简单的湿化学法制得。所制得的该手性纳米颗粒不仅在传统的近红外区有强选择性吸收，而且在可见光区（300-700 nm）也有很强的金属配体电荷转移手性，这些特点为该材料应用在癌细胞的光热治疗上提供了新途径。其主要特点包括：1. 溶液状态下的非对称性因子在金属配体电荷转移区域可达10^-3量级；2. 相比于传统氧化钼光热治疗更高的光热转换效率以及更高的癌细胞致死效率；3. 除了传统的近红外光热治疗特点之外，该材料还可以在可见光区对癌细胞进行光热治疗，这将为皮肤癌细胞的治疗提供新的思路。

这一成果近期发表在Advanced Functional Materials 上，文章的第一作者是现美国普渡大学博士后研究员李以文。

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A Visible- and NIR-Light Responsive Photothermal Therapy Agent by Chirality-Dependent MoO_3−x Nanoparticles

Yiwen Li, Ziwei Miao, Zhengwen Shang, Ying Cai, Jiaji Cheng, Xiaoqian Xu

Adv. Funct. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adfm.201906311

程佳吉博士简介

程佳吉，湖北大学材料系副教授。2015年于法国波尔多大学取得博士学位，2016年至2018年在法国国家科研署凝聚态材料化学研究所工作，2019年1月起就职于湖北大学。

程佳吉博士主要从事手性纳米功能材料及其光电子器件的研究，在该领域发表多篇SCI收录论文，这些论文分别发表在ACS Nano、Advanced Functional Materials、Chemistry-A European Journal、The Journal of Physical Chemistry C、Angewandte Chemie-International Edition、ACS Applied Nano Materials、Materials Chemistry Frontiers 等杂志上。申请并获授权国家发明专利3项。2019获湖北省“楚天学者”计划楚天学子以及湖北省“百人计划”青年百人等。

科研思路分析

Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A：如上所述，我们的研究兴趣是研究手性纳米功能材料。这里主要指的是无机纳米手性材料。我们的前期工作已经对过渡金属氧化钼纳米材料的合成与表征做过比较深入的光学性能研究（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 10236；J. Phys. Chem. C, 2018, 122 (26), pp 14857–14864），因此，探索潜在的生物应用一直是我们的研究目标之一。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：本项研究中最大的挑战是如何将手性与生物医学应用结合在一起，找到优化的光热治疗的条件并对比传统的光热治疗方法，提出其先进性。在这个过程中，我们团队在手性可控合成上的经验积累以及我们课题组在光学设备搭建上的知识积累起了至关重要的作用。

此外，这项研究属于交叉学科的研究，其中所必须的生物细胞培养以及小动物活体实验的背景知识则是一个难点，因此我们也热切希望有相关领域的研究者一起合作将研究推动到更高的层次。

Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？

A：该工作为癌细胞的光热治疗提供了新思路，目前我们正加紧探索该工作应用于活体乃至临床的可能性，实现癌症光热治疗的改革。我们相信这项研究成果为手性无机纳米材料在癌症光热治疗的应用提供了一种低能耗的新途径，将对相关领域的发展产生推动作用。