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  光熱療法是一種新型微創(chuàng)或無創(chuàng)治療腫瘤的方法，其主要利用吸光材料在近紅外光照射下產(chǎn)生的局部熱量來殺死腫瘤細(xì)胞。開發(fā)具有高光熱轉(zhuǎn)換效率的光熱材料一直是光熱療法研究的重點(diǎn)。當(dāng)前研究普遍集中在發(fā)展能在近紅外生物窗口Ⅰ（650-950 nm）具有響應(yīng)的光熱轉(zhuǎn)換材料。與近紅外生物窗口Ⅰ相比，近紅外生物窗口Ⅱ具有更大皮膚可承受光暴露能量上限以及更優(yōu)的光學(xué)穿透深度，然而在近紅外生物窗口Ⅱ(1000-1350 nm)具有高光熱轉(zhuǎn)換效率的高分子材料鮮有報(bào)道，開發(fā)能夠在近紅外生物窗口Ⅱ具有優(yōu)異光熱轉(zhuǎn)換效率并具有良好生物相容性的材料仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

  聚吡咯是一種眾所周知的光熱高分子材料也具有很好的生物相容性，迄今為止，對(duì)聚吡咯的光熱研究僅僅停留在近紅外生物窗口Ⅰ，如何通過調(diào)控其物理結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)應(yīng)用于近紅外生物窗口II的研究尚未見諸于報(bào)道。最近，來自中國科技大學(xué)高分子系徐航勛教授以及生命科學(xué)院王育才教授的研究團(tuán)隊(duì)在Nano Letters上報(bào)道了一種超薄二維聚吡咯納米片空間限域合成新方法并展示其在近紅外生物窗口Ⅱ能夠?qū)崿F(xiàn)高效光熱腫瘤治療。他們首先以具有層狀結(jié)構(gòu)的氯氧化鐵為模板，在插入吡咯單體進(jìn)行原位氧化聚合后得到具有超薄片層形貌的二維聚吡咯（PPy）納米片。由于層狀氯氧化鐵的空間模板限域效應(yīng)，所制備的PPy納米片普遍具有小于3 nm的厚度，最薄的僅有1 nm （圖1）。

圖1. 超薄層狀PPy納米片的制備示意圖及其TEM/AFM圖片

  由于所得到的PPy納米片具有超薄的二維片狀結(jié)構(gòu)，有利于酸解氯氧化鐵模板過程中吸附大量摻雜離子，能夠?qū)崿F(xiàn)高度摻雜，進(jìn)而使PPy納米片的電子結(jié)構(gòu)中形成雙極化子能帶。這個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)使得PPy納米片在近紅外生物窗口Ⅱ展現(xiàn)出與普通PPy納米球截然不同的光學(xué)吸收特性(圖2)。測(cè)量結(jié)果顯示其在1064 nm處的消光系數(shù)達(dá)到27.8 L g-1 cm-1，在1064nm激光照射下的光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)到64.6%，大大超過了之前所報(bào)道過的其他無機(jī)/有機(jī)光熱材料，這也是二維聚合物納米片用于近紅外生物窗口Ⅱ光熱治療的首次報(bào)道。

  他們?cè)O(shè)計(jì)一系列體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證超薄PPy納米片的高效光熱腫瘤消除能力。PPy納米片有良好的生物相容性，在1064nm的激光照射能夠快速有效的殺死腫瘤細(xì)胞。體內(nèi)的腫瘤治療實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示通過靜脈注射PPy納米片的腫瘤經(jīng)過光熱療后幾乎被完全消除，而且1064 nm相對(duì)于808 nm具有更好的治療效果 (圖3)。以上結(jié)果充分體現(xiàn)了超薄二維聚合物納米片在近紅外生物窗口Ⅱ光熱腫瘤治療的巨大潛力。

圖3. PPy納米片應(yīng)用于體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的治療結(jié)果

  超薄二維高分子材料具有獨(dú)特的光物理與光化學(xué)特性，是一類具有潛力的生物材料，這項(xiàng)工作在發(fā)展二維聚合物材料用于光熱治療領(lǐng)域取得重要的進(jìn)展，同時(shí)也為今后設(shè)計(jì)和合成更多的聚合物納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用于生物領(lǐng)域提供了新的思路。

  該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目以及中國科學(xué)院軟物質(zhì)化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等經(jīng)費(fèi)支持。

  論文題目為：Ultrathin Polypyrrole Nanosheets via Space-Confined Synthesis for Efficient Photothermal Therapy in the Second Near-Infrared Window

  論文連接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.7b04675