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超声响应的声动力治疗因其具备组织穿透能力强、无创、可行性高等优势,近年来得到迅速发展。然而,其临床转化因缺乏高性能声敏剂受到制约。近年来,共价有机框架(Covalent organic frameworks,COF)作为一种由有机分子通过共价键形成的新型晶体多孔材料,因其独特的属性(如高结晶度、可调节孔隙结构及大比表面积)在生物医学领域受到越来越多的关注。尽管如此,受限于对COF内在活性及其结构-性质关系的理解,它们在声动力治疗中的应用尚未得到充分探索。 针对该问题,东南大学胡中倩教授和上海大学陈良副教授、陈雨教授团队合作,提出一种孔壁化学调制策略,通过在碳酸氧铋纳米片(B NSs)上原位生长COF以增强二维(2D)COF异质结的声动力学活性。通过孔壁官能团对电子结构的调控,重点探讨了COF的孔壁化学与B@COF异质结的声动力学活性之间的构效关系,并基于多孔二维COF异质结实现双重促氧化纳米治疗。 首先,揭示异质结中内置电场与能带结构的协同效应。通过研究表明,超薄B NSs和2D多孔COF之间的尺寸兼容性促进了BC异质结中紧密的面面接触,从而提高了电荷载流子分离和转移的效率。该设计不仅增强了声催化氧化反应的效率,还利用了异质结中内置电场的作用,从而优化了超声介导的活性氧(ROS)产生。
其次,阐述COF孔壁化学与声动力学活性之间的调控策略。实验结果和DFT计算表明,B@COF异质结通过在孔壁上引入乙烯基官能团,显著增强了载流子的生成和转移效率,大幅提高了ROS的生成能力。这种显著的性能主要归因于乙烯基的延长π共轭体系、吸电子特性以及对O2分子良好的吸附性能,这有效增加了B@COF异质结内的电子-空穴对的分离效率以及声致ROS的产生。这种调控孔壁化学性质的策略为提高声催化性能提供了新的途径。 再次,基于双重ROS生成机制实现促氧化纳米治疗。COF的多孔特性有利于负载过一硫酸盐(PMS),使BC异质结能够在声催化条件下催化双氧化物种的产生,即单线态氧(1O2)和过硫酸根自由基(•SO4−)。与其他氧自由基相比,•SO4−具有更长的半衰期和更远的扩散距离,并且其生成不依赖于环境条件(如pH值、H2O2和O2),从而增强了抗肿瘤的效果。这种双重ROS生成机制显著提升了声催化治疗效率。 最终,体内外生物学实验表明,超声辐射下BCP的声催化促氧化治疗可有效根除癌症细胞并抑制肿瘤生长。 论文信息 Modulating Pore Wall Chemistry Empowers Sonodynamic Activity of Two-Dimensional Covalent Organic Framework Heterojunctions for Pro-Oxidative Nanotherapy Ruohui Wu, Mengying Hua, Yanjia Lu, Dr. Liang Chen, Prof. Dr. Yu Chen, Prof. Dr. Zhongqian Hu Angewandte Chemie International Edition

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