南京大学蔡宏灵等--在过渡金属氧化物上自组装mxene基肖特基结调控肿瘤微环境和增强CDTPTTMRI激活近红外光谱辐照
过渡金属氧化物纳米材料(过渡金属氧化物纳米材料，TMOs)在肿瘤治疗中产生活性氧(ROS)和调节肿瘤微环境(TME)。但单峰处理和生物酶的不亲和性都阻碍了治疗效果。在此，我们开发了一种基于TMO的多模式的一体化纳米平台，利用壳聚糖作为化学交联剂，将超薄Ti3C2纳米片连接到自组装的MnFe2O4纳米颗粒上，构建界面肖特基结Ti3C2@Chitosan-MnFe2O4 (TC@Ch-MFO)，实现了更好的ROS生成并优化的生物相容性。该异质结可控制催化过氧化氢(H2O2)生成O2，并消耗缺氧TME中过表达的谷胱甘肽(GSH)水平，在近红外激发下通过环化芬顿反应实现化学动力学治疗(CDT)。TC@Ch-MFO还通过引入可用于光热疗法(PTT)的高效光热剂(PTA) Ti3C2构建了多模式治疗纳米平台。此外，它同时集成了可视化与T1-和T2-加权磁共振成像(MRI)。TC@Ch-MFO对正常组织细胞的毒性可以忽略不计。该平台可以为生物应用的多模协同纳米平台的开发提供新的思路，特别是打破了MXenes仅作为光热剂的桎梏，将其用于生物成像传感器和载药。
图1 TC@Ch-MFO的合成方法及外观形态。(a)异质结示意图。(b) TC@Ch-MFO的FE-SEM图谱。横向图像采用原位能谱仪(EDS)成像。(c) TC@Ch-MFO的HRTEM图像。
图2元素的内部结构和化合价。(a) Ch-MFO和TC@ Ch-MFO的粉末XRD图谱。(b) Ch-MFO和TC@ Ch-MFO在400 ~ 4000 cm-1范围内的FT-IR光谱。(c) MFO、Ch-MFO、Ti3C2和TC@Ch-MFO的Zeta电位。(d) Ch-MFO和TC@ Ch-MFO的XPS测量。(e) Ch-MFO和TC@ Ch-MFO的C 1s和(f) O 1s高分辨率XPS谱，并拟合曲线。
图3 能带结构及相应的导电带和价带。(a) Ti3C2和MnFe2O4的紫外-可见DRS光谱。(b) Ti3C2的部分C2p、Ti 3d和总态密度(DOS)。(c)计算出Ti3C2的静电势。(d) Ti3C2和MnFe2O4的UPS光谱的低和高动能区。(e)内置电场诱导的Schottkyjunction增强TC@Ch-MFO的ROS生成活性机制。
图4. 样品的光电性能。DMPO自旋捕获分析结果可用于(a)检测DMPO·OH-的水溶液和(b)检测DMPO·O2-的甲醇溶液。(c)所有制备样品的Nyquist图。(d)样品的光电流曲线。(e) Ch-MFO和TC@Ch-MFO的Tafel腐蚀曲线。(f)氮气吸附解吸等温线。
图5 光热性能表征。(a) TC@Ch-MFO分散在不同浓度的水中的紫外-可见-近红外吸收光谱。(b) TC@Ch-MFO-dispersed悬浮液在不同浓度下的光热加热曲线。(c) TC@Ch-MFO在不同辐照功率下的光热加热曲线。(d) TC@Ch-MFO的水分散体在辐照下的光热效应，辐照持续1200 s，然后关闭激光器。(e)利用冷却周期的线性时间数据与驱动力温度的负自然对数来计算系统换热的时间常数。(f)回收TC@Ch-MFO的加热型材。
图6 Ti3C2与TC@Ch-MFO抗小鼠肿瘤作用及比较。(a)用红外摄像机记录各组小鼠的最大光热温度，并采用单因素方差分析进行统计分析。(b)各组小鼠肿瘤体积每3天测量一次，采用双因素方差分析进行统计学分析(左)。用肿瘤体积除以第0天测量的体积计算相对体积(右)。(c)第18天肿瘤大于或等于500 mm3的小鼠数量。(d)第0天(治疗当天)和第18天(处死当天)拍摄的小鼠照片。(e) TC + NIR组和TC@Ch- MFO + NIR组第18天肿瘤组织重量采用t检验进行统计学分析。(f)肿瘤组织宏图。(g)每3天称重一次。
相关科研成果由南京大学Hong-Ling Cai和Xiaoping Zou等人于2021年发表在Carbon（https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131925）上。原文：Self-assembled MXene-Based Schottky-Junction upon Transition Metal Oxide for Regulated Tumor Microenvironment and Enhanced CDT/PTT/MRI activated by NIR Irradiation。