近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員王佳宏課題組在二維硅納米片的定向解理及生物光子學(xué)應(yīng)用中取得進(jìn)展。

硅是人體的基本構(gòu)成元素，硅基納米材料具有生物相容性和可降解性。集近紅外拉曼成像與光熱治療為一體的二維單質(zhì)硅納米片，有望實(shí)現(xiàn)成像引導(dǎo)的癌癥治療，在臨床納米醫(yī)學(xué)中具有潛力。單質(zhì)硅是一種立方晶系的非范德華（non-vdW）材料，較難直接獲取二維片層結(jié)構(gòu)，但硅的{111}面擁有比{100}和{110}晶面更低的解理能。因此，可通過解理充分暴露{111}晶面的晶體硅來合成二維硅納米片（Si NSs）。

研究人員利用硫碘共輔助化學(xué)氣相傳輸法，制備出具有充分暴露{111}面的八面體晶體硅；利用簡單超聲液相剝離技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)大量制備二維硅納米片，其橫向尺寸約200 nm，平均厚度約13 nm。研究人員利用近紅外光具有比可見光更強(qiáng)的組織穿透能力，在波長為785 nm的激光激發(fā)下，SiNSs能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的拉曼散射信號(hào)，易與蛋白質(zhì)和有機(jī)物的信號(hào)進(jìn)行區(qū)分，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)生物光子成像。此外，SiNSs在1064 nm處的消光系數(shù)達(dá)11.3 L·g^–1·cm^–1，光熱轉(zhuǎn)換效率為21.4%，能夠有效將NIR-II區(qū)的光吸收轉(zhuǎn)換成熱，實(shí)現(xiàn)高效殺傷腫瘤細(xì)胞。該結(jié)果驗(yàn)證了SiNSs用作癌癥治療的潛力。

該研究中，晶面選擇性解理的策略可為非范德華材料的二維納米結(jié)構(gòu)制備提供借鑒；由于SiNSs具有優(yōu)異的近紅外生物光子學(xué)特性和良好的生物相容性，其可能在未來納米醫(yī)藥中取得更進(jìn)一步的進(jìn)展。相關(guān)研究成果以From Octahedron Crystals to 2D Silicon Nanosheets: Facet-Selective Cleavage and Biophotonic Applications為題，發(fā)表于在Small上。深圳先進(jìn)院博士程自強(qiáng)和博士研究生崔浩東為論文的共同第一作者，王佳宏和研究員喻學(xué)鋒為論文的通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、廣東省特支計(jì)劃等的支持。

圖1.硅納米片的制備及其近紅外拉曼成像和細(xì)胞光熱治療

圖2.二維硅納米片的制備及生物光子學(xué)應(yīng)用：（a） 硅的晶體結(jié)構(gòu)示意圖及各晶面解理能；（b）化學(xué)氣相傳輸法制備八面體硅和探頭超聲制備SiNSs的示意圖；（c）Hela細(xì)胞的明場圖像；（d）細(xì)胞內(nèi)2D SiNSs拉曼散射譜；（e）細(xì)胞拉曼成像圖（白色虛線描繪細(xì)胞輪廓，箭頭指示SiNSs的細(xì)胞內(nèi)分布）；（f）含有不同濃度SiNSs的Hela細(xì)胞在1064 nm激光光照5 min后的存活率和熒光照片