基于工程化MXene/AgInS?量子点异质结构的增强协同肿瘤光疗

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Enhanced synergistic tumor phototherapy based on engineered MXene/AgInS? quantum dot heterostructures

　　

Jiabao Jia|Xiaoshuang Zhao|Shiyun Feng

吉林大学第一医院胸外科，中国长春130021

摘要

基于纳米材料的协同光疗平台的发展为高效癌症治疗提供了一种有前景的策略。本文报道了一种新型异质结构的合理设计与制备方法，该方法通过简单的硫醇-金属配位策略将AgInS?量子点（AIS QDs）与单层Ti?C?T? MXene纳米片（记为AIS?+?MX）结合在一起。这种复合纳米材料结合了AIS QDs出色的荧光特性和活性氧（ROS）生成能力，以及MXene优异的光热转换效率和较大的比表面积。通过电子显微镜、光谱分析和ζ电位测量等综合表征，证实了异质结构的成功形成。在808?nm激光照射下（0.6?W/cm²，持续10?min），AIS?+?MX复合材料显示出显著的光热转换效率，其温度可升高至56?°C（浓度为100?μg/mL）。此外，与单独组分相比，它表现出显著增强的单线态氧（¹O?）生成能力，这一点通过SOSG测定得到了验证。体外研究表明，AIS?+?MX在黑暗环境中具有优异的生物相容性。在近红外（NIR）光照射下，它实现了卓越的协同光热/光动力效应，导致HeLa细胞超过95%的消融。这项工作突显了基于MXene的异质结构作为强大且多功能协同癌症光疗平台的巨大潜力。

引言

癌症仍然是一个重大的全球健康挑战，传统的治疗方法如化疗和放疗常常由于非特异性靶向和健康组织的损伤而引起严重的副作用[1]、[2]、[3]。近年来，光疗作为一种极具前景的微创替代疗法应运而生，主要包括光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）[4]、[5]、[6]。PTT利用光热剂吸收近红外（NIR）窗口的光能，并将其转化为局部热量以消融癌细胞[7]、[8]。而PDT则依赖光敏剂（PSs）在特定光照下生成细胞毒性活性氧（ROS），如单线态氧（¹O?），从而诱导肿瘤细胞的氧化应激和凋亡[9]、[10]。将PTT和PDT整合到一个纳米平台上，可以产生强大的协同效应，因为PTT产生的高温不仅可以直接杀死细胞，还可以通过改善肿瘤血流和加速基于ROS的反应来增强PDT的效果[11]、[12]、[13]、[14]。

在探索用于光疗的各种纳米材料中，半导体量子点（QDs）因其尺寸可调的光学特性、高光稳定性和大的吸收系数而受到广泛关注[15]、[16]。特别是AgInS?（AIS）量子点，由于由毒性较低的元素组成，更适合生物应用[17]、[18]。它们的带隙可以设计成具有强荧光和ROS生成能力[19]、[20]。同时，二维（2D）材料彻底改变了纳米医学领域。MXenes是一类快速发展的二维过渡金属碳化物/氮化物，以Ti?C?T?为代表（其中T?表示表面终止基团，如O、OH、F），具有优异的金属导电性、高NIR吸收率和出色的光热转换效率，使其成为PTT的理想候选材料[21]、[22]、[23]、[24]。此外，它们丰富的表面化学性质和大的比表面积为与其他治疗剂的功能化提供了理想的基础。

然而，单独使用AIS量子点或MXene纳米片往往存在局限性。AIS量子点本身可能会聚集，并且光热性能相对较弱，而MXene虽然是一种优秀的光热剂，但其ROS生成能力通常有限，限制了其PDT效果。通过结合这两种组分构建异质结构是一种合理的策略，可以克服各自的局限性并实现协同效应。我们假设将AIS量子点固定在MXene纳米片上不仅可以防止量子点聚集，还可以促进它们界面处的能量/电子转移，从而可能提高整体的ROS量子产率。同时，MXene基底将提供强大的光热支撑。

在这项工作中，我们提出了一种简单高效的自组装方法，通过硫醇-金属配位构建MXene/AgInS?量子点异质结构（AIS?+?MX）（方案1）。具有丰富硫醇基团的AIS量子点作为桥梁，牢固地锚定在富含金属的单层Ti?C?T? MXene表面。制备的AIS?+?MX复合材料经过了系统的表征。其在溶液中和体外都严格评估了其光热和光动力性能。我们证明，与单独组分相比，AIS?+?MX复合材料表现出显著增强的协同抗肿瘤效果，通过局部高温和氧化应力的联合作用实现了高效的肿瘤细胞消融，因此对先进的癌症纳米医学具有巨大潜力。

章节片段

材料

硝酸银（AgNO?）、硝酸铟水合物（In(NO?)?·xH?O）、乙二胺四乙酸（EDTA）、硫代甘油酸（TGA）、硫化钠九水合物（Na?S·9H?O）、氟化锂（LiF）和MAX相（Ti?AlC?）均从Sigma-Aldrich购买，无需进一步纯化即可使用。盐酸（HCl，36–38%）和乙醇为分析级。实验过程中使用的是超纯水（18.2?MΩ·cm）。

表征

透射电子显微镜（TEM）和高分辨率TEM（HRTEM）

材料合成与结构表征

AIS?+?MX异质结构的合成策略如图1所示。首先从MAX相（Ti?AlC?）通过典型的HF蚀刻和随后的剥离过程制备单层Ti?C?T? MXene纳米片，得到稳定的深绿色水溶性胶体溶液。AIS量子点通过一步水热法合成，使用硫代甘油酸（TGA）作为封端剂和表面硫醇（-SH）基团的来源，得到透明的

结论

总之，我们通过简单有效的硫醇-金属配位策略成功制备了一种新型MXene/AgInS?量子点异质结构。这种复合纳米材料无缝整合了其组分的优势特性：AIS量子点的强ROS生成和荧光能力，以及MXene的优异光热转换效率和大的比表面积。广泛的表征证实了稳定异质结构的成功形成，并具有增强的光学性能

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报道工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究由吉林省教育厅资助（JJKH20261561KJ）。