BiOI@Bi2S3半导体异质结纳米诊疗剂用于协同增强肿瘤放射治疗

恶性肿瘤已经成为威胁人类健康的一大杀手。为了有效地治疗肿瘤，人们相继发展了多种治疗方法，放射疗法（radiotherapy）以其独特的优势成为重要的治疗手段。放疗中的高能X射线可以造成癌细胞DNA链损伤，也可以产生大量的活性氧物质（ROS）破坏DNA和细胞器，从而起到抑制和杀死肿瘤细胞的效果。但由于人体组织对X射线的吸收能力较弱，降低了治疗的效果。同时，肿瘤中的部分乏氧细胞对X射线不敏感，也导致部分肿瘤治疗后复发。近年来，多功能纳米放疗增敏剂因具有优异的物理化学性能，为提高乏氧肿瘤细胞的放疗敏感性、增强放疗疗效，减少毒副作用提供了新的机遇。

近日，中国科学院高能物理研究所纳米生物效应与安全性重点实验室的赵宇亮研究员（点击查看介绍）和谷战军研究员（点击查看介绍）课题组发展了一种新型的基于半导体异质结的纳米诊疗材料（BiOI@Bi₂S₃），将具有优良光催化性能的碘氧铋（BiOI）与红外热响应的硫化铋（Bi₂S₃）相结合，成功研制出一种新型的用于放疗与热疗的协同治疗体系。铋和碘元素具有较强的X射线吸收能力，在放疗过程中，X射线可以激发铋和碘元素的内层电子，从而产生高能电子，这些高能电子又会成倍诱导出能量较低的二次电子。相比于高能电子，二次电子可以有效地激发作为半导体材料的碘氧铋，使之产生电子-空穴对。得益于碘氧铋与硫化铋组成的异质结结构，经由X射线产生的电子和空穴产生电荷分离，避免了再次复合。电子与空穴分别与吸附在纳米颗粒表面的氧气和水反应，会在肿瘤部位产生大量的活性氧物质。相比于传统的放疗增敏，基于半导体异质结的催化思路大大提高了活性氧的产生效率。此外，由于硫化铋具有较高的光热转化效率，该纳米颗粒也可用于近红外光热治疗，杀伤对放疗不敏感的乏氧细胞，改善肿瘤的乏氧状态，达到协同治疗的效果。动物实验表明，接受放疗和热疗的协同组得到很好的肿瘤抑制效果。而且，由于铋和碘元素较高的X射线衰减能力和硫化铋的红外响应特性，该纳米材料还可用作CT与光声成像的造影剂，为肿瘤的诊疗一体化提供了可能。

该工作发表在Advanced Materials 上，论文的第一作者为博士生郭兆，共同通讯作者为中国科学院高能物理研究所的赵宇亮研究员和谷战军研究员。

该论文作者为：Zhao Guo, Shuang Zhu, Yuan Yong, Xiao Zhang, Xinghua Dong, Jiangfeng Du, Jiani Xie, Qing Wang, Zhanjun Gu, Yuliang Zhao

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Synthesis of BSA-Coated BiOI@Bi₂S₃ Semiconductor Heterojunction Nanoparticles and Their Applications for Radio/Photodynamic/Photothermal Synergistic Therapy of Tumor

Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201704136

导师介绍

赵宇亮

http://www.x-mol.com/university/faculty/23179

谷战军

http://www.x-mol.com/university/faculty/38291

谷战军课题组主页

http://www.guzjlab.org