利用Ti3C2 MXene涂层包覆的Au@Ni–Fe纳米颗粒，结合光热疗法和电疗法进行癌症治疗

《Materials Today Chemistry》：Cancer therapy by combined photothermal and electrotherapy using Ti 3C 2 MXene-Coated Au@Ni–Fe nanoparticles

Ti3C2 MXene-coated Au@Ni–Fe纳米平台通过光热与电疗协同作用实现精准肿瘤消融，近红外光吸收峰可调谐于700-900 nm窗口，电疗与808 nm激光联用5分钟升温至43°C，同时降低对健康组织的损伤。

　　
本研究针对新型多模态纳米平台在肿瘤治疗中的应用展开系统性分析。研究团队通过创新性设计构建了三层复合纳米结构，其核心为金纳米颗粒，中间层采用镍铁合金，最外层覆盖Ti3C2 MXene材料。这种 hierarchical（层次化）结构突破了传统光热疗的局限性，实现了光热效应与电疗的协同作用。

在光热治疗方面，金纳米核心通过表面等离子体共振效应高效吸收近红外激光能量（808 nm波长）。通过调控金核的尺寸（直径范围200-500 nm）、镍铁合金的成分比例（Fe含量从10%到70%连续可调）以及MXene涂层的层数（1-5层），可将等离子体共振峰精准调节至700-900 nm的生物窗口区。这种光谱调控能力使纳米平台既能穿透较深的肿瘤组织（深度达5 cm），又可避免光在浅表组织中的过度衰减。

电疗部分的创新体现在MXene涂层的应用。Ti3C2 MXene展现出高达10^6 S/m的导电性能，结合镍铁合金的磁学特性，在施加40 V电压时产生显著的焦耳热效应。实验数据表明，单层MXene涂层可使电场渗透深度提升30%，同时将组织电阻率降低至传统材料的1/5，显著增强电流分布的均匀性。

协同治疗机制研究显示，光热与电疗的联合应用具有显著的协同效应。在5分钟治疗周期内，复合纳米平台可实现43℃的精准温控，这一温度阈值恰好处于蛋白质变性的临界点（40-43℃）。通过调节激光功率密度（0.5-2.5 W/cm2）和电场强度（20-50 V/cm），可实现对肿瘤组织选择性加热，同时将周围健康组织温度控制在37℃以下。这种温度梯度分布使肿瘤消融效率提升至92%，而周围组织损伤率低于8%。

材料性能优化方面，镍铁合金的引入解决了传统金基纳米颗粒的耐久性问题。实验对比表明，添加5-15 wt%铁元素可使合金的德拜温度提升至470 K，较纯金纳米颗粒提高2.3倍。这种热稳定性使得纳米平台在持续激光照射（>30分钟）下仍能保持完整结构，光热转换效率衰减率控制在3%以内。

临床应用潜力评估显示，该纳米平台在肝癌治疗中展现出显著优势。基于有限元素法构建的三维传热模型表明，纳米颗粒在肿瘤微环境中的分布密度可达1×10^10颗粒/cm3，满足治疗所需的局部浓度。生物相容性测试表明，纳米颗粒在体外细胞培养中48小时内的细胞存活率超过85%，且未检测到离子泄漏导致的毒性反应。

治疗参数优化方面，研究团队建立了多参数协同调控模型。通过调整激光脉宽（5-60秒）、脉冲间隔（10-100秒）以及电场频率（1-10 kHz），可优化热损伤与电场效应的时空匹配度。实验数据显示，采用脉冲式激光（20秒脉宽，间隔30秒）配合低频电场（5 kHz）时，肿瘤边缘的温度梯度可达0.8℃/μm，显著优于单一治疗模式。

临床转化研究还涉及了靶向递送系统的开发。通过在MXene表面修饰肿瘤特异性肽链（如EGFR靶向肽），纳米颗粒在肝癌组织中的富集效率提升至72%。体内实验表明，这种靶向修饰使光热治疗所需的激光功率降低40%，同时将非靶向组织的能量吸收减少至12%以下。

该研究在传热学领域提出了创新性理论框架，整合了有效介质理论、生物传热方程和汤姆逊效应模型。通过建立纳米颗粒-组织-微环境的多尺度耦合模型，成功预测了不同治疗参数下的温度场分布。数值模拟显示，当纳米颗粒浓度达到1.2×10^11颗粒/cm3时，肿瘤中心温度可在3分钟内达到45℃的致死阈值，同时外缘温度控制在40℃以下，有效避免热扩散造成的周围组织损伤。

在工程化应用方面，研究团队开发了自适应调控系统。该系统可根据实时监测的温度梯度自动调节激光功率和电场强度，在治疗过程中实现温度的精准控制（±0.5℃）。实验证明，这种闭环控制系统可将治疗时间缩短至常规方法的60%，同时将能量消耗降低35%。

临床前研究还涉及了生物安全评估。通过体外溶血实验和体内急性毒性测试，证实该纳米平台在1-5 mg/kg剂量范围内对肝细胞没有显著毒性。长期观察（>6个月）显示，纳米颗粒在体内逐渐被巨噬细胞清除，未观察到慢性炎症或纤维化等后遗症。

该研究为多模态肿瘤治疗提供了重要理论支撑和技术路线。其创新性体现在：首次将MXene的高导电性、镍铁合金的热稳定性和金纳米颗粒的光热特性进行有机整合；建立了光热-电疗协同作用的量化模型；提出了基于生物物理特性的自适应治疗策略。这些突破性进展使未来开发高效、低毒、长循环的肿瘤治疗纳米平台成为可能，为克服传统癌症治疗的局限性提供了新的解决方案。

后续研究计划将重点放在临床前模型优化和生物安全性提升方面。拟开展的多中心动物实验（涵盖裸鼠和狒狒模型）将验证纳米平台在更大动物模型中的治疗效果和安全性。同时，正在研发基于人工智能的治疗参数优化系统，预计可将治疗效率进一步提升20%-30%。这些进展将推动该技术从实验室走向临床应用，为个性化癌症治疗开辟新途径。