Small?Methods丨具有Z-Scheme增強機制的?BxC/C二面體超薄量子片在NIR-II生物窗口下的光熱-免疫治療

一、【導讀】

由于其復雜多樣性和異質性，惡性腫瘤已成為人類健康的重大威脅疾病之一。光熱療法具有獨特的無創性、優良的時空可控性等特點，是一種很有前途的腫瘤治療方法。性能優良的光熱轉化劑的開發對實現高效光熱治療具有重要的現實意義和迫切的需求。

目前，人們正在努力探索新的光熱轉化劑，以期達到理想的腫瘤治療效果。典型的例子包括自組裝金鏈、選擇性蝕刻鉑立方體、聚吡咯納米顆粒、共軛小分子、碳納米材料等。特別值得一提的是碳點，其具有較窄的HOMO和LOMO能帶隙（0.4-1.2 eV）。在近紅外激光照射下，通過吸收光和激發電子，可從低激發態轉變為激發態單重態。當從激發態回到低激發態時，吸收的能量通過無輻射振動弛豫耗散而產生熱量。然而，有相當數量的吸收能量以熒光發射的形式分散，這往往會顯著降低光熱轉換效率（約為36-38%）。通過調控其電子結構來抑制熒光性能以提高光熱轉換效率是非常重要的，但這具有相當的挑戰性，相關的嘗試鮮有報道。

本工作報道了一類由聚乙二醇修飾的B_xC/C二面體超薄量子片（B_xC/C JQSs），其獨特的Z-Scheme異質結結構通過促進電子-空穴分離完全抑制熒光的發射，使近紅外光驅動的熱電子從C快速注入到共軛B_xC/C中，實現光到熱的單一轉換。

二、【圖文解析】

圖1 B_xC/C JQSs的合成與表征。a,b) TEM圖像，c)原子分辨率HAADF-STEM圖像，以及對應的EELS-mapping圖，d) AFM 2D圖像，e) B_xC/C?JQSs對應的厚度。f) B_xC/C JQSs B?1s的高分辨率XPS譜。

圖2?B_xC/C JQSs的表征。a) B_xC/C JQSs和b)本征B₄C的高分辨率XPS價帶光譜。c) B_xC/C JQSs和d) 本征B₄C的Mott-Schottky圖。e) B_xC/C JQSs和本征B₄C的瞬態光電流光譜。f) B_xC/C JQSs的光致發光光譜。g) CDs和B_xC/C JQSs在近紅外光照射下的光熱機理示意圖。

圖3?表面改性和光熱能力表征。a) B_xC/C JQSs表面修飾及其在腫瘤PTT中的應用示意圖。b) 聚乙二醇改性前后B_xC/C JQSs的水合粒徑。c)不同濃度B_xC/C?-PEG JQSs水溶液的紫外-可見-近紅外光譜。不同濃度B_xC/C-PEG JQSs水溶液在d) 808和e) 1064 nm激光（1.0 W cm^-2）照射下的溫度曲線。f) B_xC/C-PEG JQSs水溶液的輻照和冷卻過程的溫度隨時間變化曲線。g) (f)中冷卻時間對-Ln(θ)的線性時間擬合曲線。h) B_xC/C-PEG JQSs水溶液在輻照和冷卻過程中的溫度-時間循環曲線。

圖4?生物相容性評價和細胞內光熱免疫治療的驗證。(a) B_xC/C-PEG JQSs處理48 h后的細胞活力數據 b) 4T1細胞經B_xC/C-PEG JQSs孵育12 h后，再經激光照射5 min后的細胞活力數據。c) 小鼠靜脈注射生理鹽水或B_xC/C-PEG JQSs后28天的體重曲線。d) 血液學和生化分析的熱圖和e)靜脈注射B_xC/C-PEG JQSs小鼠主要器官的H&E染色組織學圖像。f) CLSM圖像顯示4T1細胞中CRT和HMGB1的熒光圖像。

圖5?光熱-免疫療法用于消除活體4T1腫瘤。a)不同處理下腫瘤區域的光熱圖像和b)溫度曲線。c) 4T1荷瘤小鼠14天內不同處理下的體重曲線和d)相對腫瘤體積曲線。e)不同處理后的生存曲線。f)注射后14天的腫瘤組織學分析。

圖6?免疫系統激活的驗證。腫瘤切片經不同處理后的代表性免疫熒光圖像，分別為：a) CD45?（紅色），DAPI?（藍色），c)?F4/80（紅色），CD206（綠色），DAPI（藍色），e)?CD3（紅色），CD4（綠色），DAPI（藍色）。(b)、(d)、(f)分別顯示陽性面積百分比的統計數據。

三、【成果與展望】

本文首次實現了獨特的二維超薄無金屬二面體量子片（B_xC/C JQSs）的大規模合成。B_xC/C JQSs的Z-Scheme異質結和獨特的2D 二面體結構可以有效地防止激發電子的非輻射復合，從而產生高密度聲子。聚乙二醇修飾的B_xC/C JQSs具有光熱穩定性和生物相容性，在NIR-II區表現出高達60.6%的光熱轉換效率，超過了目前大多數報道的無金屬光熱轉化劑，甚至接近最優的金屬基光熱轉化劑。在NIR-II生物窗口，通過光熱-免疫治療對4T1腫瘤模型實現了有效的消除效果。這種新型的無金屬光熱劑在藥物傳遞、金屬離子負載、免疫佐劑整合等方面顯示出巨大的潛力。本文第一作者為陸世玉博士（現任重慶科技學院校聘教授），西南大學王靜靜和重慶醫科大學汪星月為并列第一作者。西南大學劉輝副教授、北京大學郭少軍教授及重慶醫科大學冉海濤教授為本文的并列通訊作者。?

Shi-Yu Lu, Jingjing Wang, Xingyue Wang, Wenting Yang, Meng Jin, Luen Xu, Huawei Yang, Xiaoxiao Ge, Changshuai Shang, Yuguang Chao, Lei Zhou, Kun Yin, Qinghua Zhang, Lin Gu, Yang Cao, Haitao Ran*, Shaojun Guo*, Hui Liu*.?Janus-like B_xC/C Quantum Sheets with Z-Scheme Mechanism Strengthen Tumor Photothermal-Immunotherapy in NIR-II Biowindow. Small Methods, 2022:?202101551

DOI:?doi.org/10.1002/smtd.202101551

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202101551

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