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教研一体 学科交叉

产教融合 协同育人

交大人，奋进！

近期，西安交大科研人员在柔性器件、双极型有机场效应晶体管、锡基钙钛矿、新型医用材料等领域相继取得重要进展。

快跟着交小童一起来看看吧！

为交大科技硬实力打Call！

｜目录｜

1、西安交大科研人员在柔性器件力学结构设计与智能柔性传感领域取得突破

2、西安交大科研人员在慢性痛相关焦虑研究领域取得新进展

3、西安交大科研人员在双极型有机场效应晶体管研究中取得新进展

4、西安交大科研人员实现基于双功能分子的前驱体—溶液策略提高锡基钙钛矿的稳定性

5、西安交大科研人员在新型医用材料研究方面取得新进展

6、西安交大科研人员在消化道创面加速康复研究上取得新进展

7、西安交大科研人员在高性能环境气体感知材料与器件领域取得新进展

8、西安交大科研团队在二维材料-铁电混合系统光电探测领域取得进展

9、西安交大科研人员发现不可见点缺陷复合体诱发钨超高辐照硬化

10、西安交大科研人员在无限配位聚合物治疗肿瘤领域发表综述文章

#01

西安交大科研人员

在柔性器件力学结构设计

与智能柔性传感领域取得突破

发表期刊

Matter

内容摘要

近年来，随着重大疾病的流行与大众健康观念的提升，可穿戴健康监测逐渐兴起。人体皮肤应变是可穿戴健康监测的一项重要指标，可全方位反映人体健康信息。但由于人体不同部位的皮肤变形幅度差异较大（两个数量级），开发具有宽检测范围的广域应变传感器就变得尤为重要。

西安交通大学仿生工程与生物力学研究所（BEBC）的研究人员围绕柔性器件力学结构设计的思路，受到蛇体表交错重叠、可发生滑动以顺应变形的鳞片启发，开发了可延展的仿生叠覆鳞片结构。通常情况下，刚性材料在变形下的断裂破坏是柔性器件开发中需要极力规避的问题，然而该鳞片结构却“反其道而行”，通过变形下柔性基底上刚性薄膜的断裂、重叠形成，利用相邻叠覆鳞片之间的相对滑动顺应外部变形，显著降低刚性鳞片自身承受的应变，从而提升结构的可延展性（超过100%应变）。

仿生叠覆鳞片结构广域应变传感器。

（A）蛇皮表面交错重叠的鳞片；

（B）叠覆鳞片结构PEDOT:PSS变形机理；

（C）叠覆鳞片结构PEDOT:PSS用于应变传感；

（D）所开发叠覆鳞片结构PEDOT:PSS在广域传感中的优势；

（E）传感器结构；

（F）所开发传感器用于可穿戴脉搏监测（小应变）；

（G）所开发传感器用于可穿戴肢体运动监测（大应变）。

研究人员以导电聚合物PEDOT:PSS为例，利用变形下PEDOT:PSS鳞片滑移产生的总体电阻变化，实现应变传感，且传感器检测范围及灵敏度可通过改变基底预拉伸幅度灵活调控，实现高灵敏度、宽范围（1%~100%）应变传感，相较于已有研究成果，应变传感范围显著拓宽，进一步将传感器贴附于人体表不同部位，实现了对于人体正常生理活动（如脉搏、发声、吞咽、面部表情、肢体运动等）产生的不同幅度皮肤应变的有效传感，展现了应用于可穿戴物理运动监测、心理状态评估的潜力。

文章作者

论文第一作者为西安交通大学仿生工程与生物力学研究所（BEBC）刘灏特聘研究员，BEBC徐峰教授、香港大学张世铭助理教授以及美国加州大学洛杉矶分校Ali Khademhosseini教授为共同通讯作者，西安交通大学为论文第一单位和通讯单位。

论文链接

https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00304-0

BEBC主页

http://bebc.xjtu.edu.cn/

#02

西安交大科研人员

在慢性痛相关焦虑研究领域取得新进展

发表期刊

Cell Reports

内容摘要

慢性痛是一种严重的临床疾病，除单纯的疼痛感之外，还会引发焦虑、抑郁、恐惧等负性情绪，进而反向增加患者的疼痛感，形成疼痛-负性情绪-深度疼痛的恶性循环，极大损害患者身体健康，增加社会经济负担。据了解，全世界约20%的人口长期遭受该病痛的折磨。

前沿院卓敏教授团队经过长期研究发现，慢性痛可以引起大脑皮层的突触可塑性变化，这些变化与慢性痛的痛觉和焦虑行为密切相关，而大脑皮层前扣带回区域（ACC）的突触传递的长时程增强（LTP）则是慢性痛重要的分子机制。2015年，卓敏教授团队在Neuron 杂志刊文，发现成年小鼠的皮层突触存在一种依赖突触前红藻氨酸受体（KA受体）而不依赖NMDA受体突触前LTP（即Pre-LTP）。在突触水平上，Pre-LTP增强神经递质的突触前释放，引起突触后受体的敏化，并通过这种增强的突触传递进一步导致焦虑和引起疼痛感觉加剧；抑制Pre-LTP的表达，则可以减弱慢性痛动物的焦虑行为。

催产素（Oxytocin）是一种经典的神经垂体激素，由下丘脑中室旁核（PVN）和视上核（SON）的神经元合成释放到血液中，主要促进分娩和哺乳，以及产生抗焦虑和镇痛作用。诸多研究均表明，催产素可以减少人们的焦虑，增强社交能力，提高人们的幸福感觉，因此也被称为“爱的激素”。研究表明，低焦虑水平的人群的脑脊液和血浆中催产素浓度比较高。但催产素消除焦虑、缓解或治疗慢性痛的作用机制一直处于科研盲区。在中枢神经系统中，催产素还扮演神经递质的作用，但催产素是否调节中枢突触可塑性还不清楚。

卓敏教授团队最近利用转基因小鼠、光遗传学、电生理学以及药理学等综合技术研究发现催产素可以选择性地消除慢性痛导致的焦虑行为和焦虑相关的Pre-LTP，这种作用很可能是通过兴奋大脑皮层的抑制性神经元产生的。在腓总神经结扎（CPN）的慢性痛小鼠中，用高架十字迷宫（EPM）和旷场实验（Open field test）可以明显检测到小鼠的焦虑行为。当在ACC微量注射催产素的时候，可以显著减少慢性痛导致的焦虑行为。进一步使用光遗传的方法激活内源性催产素在ACC的释放也可以显著降低慢性痛相关的焦虑行为，而抑制内源性催产素的释放对焦虑行为没有明显影响。通过电生理研究发现，外源或内源性催产素选择性地抑制ACC神经元Pre-LTP的维持，而对Post-LTP没有影响。催产素兴奋抑制性中间神经元从而增强抑制性突触传递，该作用受到GABAA受体和G蛋白偶联受体调控的信号通路的调节。此外，在慢性痛动物中，还发现PVN的催产素浓度和ACC的催产素受体的表达都明显增加，表明慢性痛后催产素的功能被上调。

该研究工作发现了催产素抗焦虑的新机制，即催产素通过抑制皮层突触前LTP产生抗焦虑作用，并进一步证明了ACC的突触前LTP在慢性痛产生的焦虑中扮演重要的作用，也为未来药物研发或临床治疗焦虑提供了一个新的理论依据。

文章作者

西安交通大学前沿院博士后李旭辉和多伦多大学博士后Takanori Matsuura为本论文共同第一作者，前沿院为第一作者和通讯作者单位，卓敏教授为该论文唯一通讯作者。

论文链接

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)00824-X

卓敏教授课题组链接

http://fist.xjtu.edu.cn/cnd/index.htm

#03

西安交大科研人员

在双极型有机场效应晶体管研究中取得新进展

发表期刊

Advanced Functional Materials

内容摘要

双极型场效应晶体管同时允许电子和空穴传输，可以在不同的状态 （n型和p型）下工作，对于简化电路的制造和赋予电路多功能性具有重要意义。然而，本征的双极型晶体管很难完全关闭，因为栅电极不能同时耗尽整个传输沟道上的电子和空穴，导致较小的开关比，这阻碍了实际应用。

近日，西安交通大学前沿院鲁广昊教授课题组和材料学院、化学学院，以及天津大学、中山大学的研究团队合作，提出了一种利用不均匀补偿电场调控基于绝缘异质结的双极型场效应晶体管中电荷累积和传输的方法，使开关比提升了三个数量级，并且不损害器件的双极传输特性。这种不均匀补偿电场通过绝缘异质结不均匀带电来实现。在实验中，这些电荷通过源极和漏极预先注入，并相对稳定地存储在绝缘体中，形成驻极体，持久地调控器件性能。由于驻极体电荷的注入和擦除是可逆的，而且数量和分布可调控，所以器件有多种工作状态，并且不同状态间可以动态可逆地切换。这赋予了器件多样化的特性和多功能性，有利于双极型晶体管在逻辑电路中的应用，并且在一些新兴概念的电子器件和电路（如可重构器件、多值存储器和类脑神经形态器件）中有应用潜力。

利用补偿电势提升双极型晶体管开关比的

机理示意图和数值计算结果

文章作者

西安交通大学前沿院鲁广昊教授课题组博士生魏鹏和材料学院张伟教授课题组博士生王旭东为论文共同第一作者，鲁广昊教授为通讯作者，张伟教授、西安交大化学学院卜腊菊教授及其课题组硕士生李翔龙、天津大学材料学院耿延候教授和邓云峰副教授、中山大学材料学院张鹏副教授等对这项研究作出了重要贡献。

论文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202103369

鲁广昊教授课题组主页

http://gr.xjtu.edu.cn/en/web/guanghaolu/home

#04

西安交大科研人员实现

基于双功能分子的前驱体—溶液策略

提高锡基钙钛矿的稳定性

发表期刊

先进功能材料（Advanced Functional Materials）

内容摘要

在第三代薄膜电池中，有机无机复合钙钛矿光伏器件是目前国际光伏领域的前沿研究热点。然而，重金属铅的使用限制了其产业化应用。如何开发环境友好的非铅钙钛矿光伏器件成为国内外能源领域新的机遇与挑战。从结构上讲，环境友好的锡有着与铅类似的外层电子结构，且窄带隙的锡基钙钛矿材料器件在应用方面有更高的理论效率极限，因而Sn基钙钛矿是替代Pb基钙钛矿的首选。然而，Sn基钙钛矿中Sn2+的易氧化特性及低反应势垒引起的超快结晶这两大关键科学问题严重影响了Sn基钙钛矿的稳定性，也成为其进一步提高效率的瓶颈。

为了解决这些问题，科研人员通过溶剂工程、维度调控、形成路易斯酸碱加合物及后处理等策略来控制结晶速率；同时还原性添加剂被用来抑制Sn2+到Sn4+的氧化，然而对于常用的金属卤化物SnI2前驱物在前驱液及成膜过程中的氧化机理仍缺乏深入的了解，这与钙钛矿薄膜的质量和缺陷态密切相关，同时也与高效光伏器件的可重复性有关。

不同于现有的“单途径”调控手段，吴朝新教授组从影响锡基钙钛矿薄膜质量的双重因素同时入手，提出一种基于双功能“还原性络合物”媒介的缺陷调控策略。研究了具有络合功能的N-甲基甲酰苯（NMF）和双功能的还原性络合物对乙酰氨基苯酚（AP）。首先，通过调控作为缺陷形成“起点”的SnI2前驱物的价态稳定和键能稳固，实现“Sn2+氧化抑制”和“结晶可控”的兼顾并行；其次，观察到这类还原性络合物从“源头”和“过程”上提高了锡基钙钛矿太阳能电池的稳定性与效率。结果，经AP修饰的Sn基钙钛矿太阳能电池的能量转换效率为10.03 %（认证效率9.38 %）。在1000小时光老化试验下，效率衰减小于10%。

本研究中提出的还原性络合双功能添加剂能为制备高效稳定的Sn基钙钛矿太阳能电池提供一种简便有效的新思路。

文章作者

论文第一作者为西安交通大学电信学部吴朝新教授课题组博士生曹向荣，董化副教授、吴朝新教授和李璟睿特聘研究员为共同通讯作者，西安交通大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。

论文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202104344

#05

西安交大科研人员

在新型医用材料研究方面取得新进展

发表期刊

PNAS

内容摘要

外科补片是一种广泛应用于外科手术的医用编织物，通常起到为组织器官提供永久性或临时性力学支撑的作用。在使用时，外科补片通常需要被固定在缺损或病变的组织区域上以进行修复或重建。传统固定方法采用缝线、缝合钉或螺旋钉等穿透组织的装置来实现，过程耗时且容易引起神经损伤及慢性术后疼痛等并发症。利用粘接这一非穿透手段来实现固定被认为是一种理想的替代方法。然而，目前用于补片粘接的商用组织胶水（如纤维蛋白胶等）与组织间的粘接较弱，导致补片只能被粘贴于承受较小应力的组织区域，大大限制了其应用范围。因此，迫切需要赋予医用外科补片以一新的属性，即对生物组织的强粘接特性。

水凝胶复合补片的机理示意及应用效果图

针对这一问题，西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室、航天航空学院软机器实验室卢同庆教授及高扬副教授与哈佛大学锁志刚院士提出了一种水凝胶复合补片医用新材料（Hydrogel-mesh composite, HMC）。通过将抗溶胀组织黏附水凝胶与外科补片以宏观拓扑互穿结构进行复合，得到的水凝胶复合补片在与组织形成强粘接的同时，还综合了水凝胶及外科补片的优点，如生物相容性、对水及小分子的可渗透性，高的面内刚度及低的弯曲刚度等。这种水凝胶复合补片在组织修复、密封、止血和无缝线创口闭合方面，特别是在承受高应力组织之上的应用中表现出巨大潜力。

文章作者

西安交通大学航天航空学院副教授高扬为论文第一作者，西安交通大学航天航空学院卢同庆教授及哈佛大学锁志刚教授为论文通讯作者。西安交大机械结构强度与振动国家重点实验室为第一作者单位。

论文链接

https://www.pnas.org/content/118/28/e2103457118

#06

西安交大科研人员

在消化道创面加速康复研究上取得新进展

发表期刊

纳微快报（Nano-Micro Letters）

内容摘要

消化内镜是目前胃肠道疾病诊疗的最主要方法。但内镜治疗后并发症如消化道出血和穿孔，不仅发生率较高，而且严重影响患者术后恢复；严重者需要外科手术等急诊治疗，甚至威胁患者生命。因此，可简便、高效地促进消化道创面止血和愈合的新材料是临床加速康复的迫切需求。但由于消化道内复杂的物理和化学环境，这一研究方向仍然面临巨大的挑战。

针对这一问题，西安交大一附院消化内科、外科梦工厂与前沿科学技术研究院联合开展交叉学科研究，从临床实践中发现科学问题，在吕毅教授的悉心指导与大力支持下，经过反复论证和研究实践，在国内外首次根据消化道生理特点以及物理和化学环境，开发了可通过内镜注射的多功能水凝胶敷料。

该材料集成了胃内酸性pH响应成胶的可注射性，抗消化道收缩蠕动剪切应力的自愈合性，负载“微组织交联剂”的高粘合性，氨基己酸可载药的生物止血性。该研究通过体外和动物实验，证明这一新材料可通过胃镜喷洒，作为密封剂/粘合剂/止血剂快速止血；并通过调控创面组织内I型胶原生成、α-SMA表达、淋巴细胞浸润和新生血管形成达到抗炎、促进愈合的作用。消化道疾病是我国发病率最高的病种之一，这一研究成果有望为数量巨大的内镜治疗患者提供新的并发症防治手段，为解决消化内镜器械耗材依赖国外厂家的“卡脖子”问题提供新的途径。

新型凝胶材料的结构特点及止血促愈合功能

文章作者

西安交通大学第一附属医院消化内科副主任医师初大可为论文的通讯作者，前沿科学技术研究院教授郭保林为论文共同通讯作者，博士研究生贺佳辉为第一作者，皮肤科主治医师张子茜为共同第一作者，西安交通大学第一附属医院为论文第一通讯单位。

#07

西安交大科研人员

在高性能环境气体感知材料与器件领域取得新进展

发表期刊

Science Bulletin

内容摘要

环境污染成为当今社会发展日益凸显的问题，对大气环境中有害气体的监控越来越重要，迫切需要研制和发展性能优异的气敏传感材料与器件。IV-VI族二维层状金属硫化物半导体，以SnS2为代表，具备适合的禁带宽度、低廉的价格成本和环保无害的特质，且其电子结构可通过层数、成分等进行大范围调制，气体吸附过程在低温下即可发生，是半导体电阻式气敏元件极具潜力的候选材料之一。研究人员通过一步水热合成了Mo掺杂SnS2纳米片，开展了其对NO2气体的低温传感性能研究，发现了反常的p-n传感类型转变现象，为NO2气体的选择性识别提供了新型实现途径（Chemical Engineering Journal, 2021, 420, 127572；西安交大金属材料强度国家重点实验室为唯一通讯作者单位）。然而，基于水热还原法所制备出的SnS2 纳米结构通常含低价Sn2+，并而伴生出一定的S空位。对于NO2传感反应，路易斯酸性的硫空位将不利于酸性NO2气体在SnS2表面的吸附。因此，如何有效抑制SnS2中低价的Sn2+及其表面路易斯酸性，是相应SnS2高性能NO2传感器设计所需克服的关键科学问题。

近日，西安交通大学材料学院戴正飞特聘研究员与南京理工大学曾海波教授针对上述问题开展合作研究，通过一步溶剂热法在黑磷纳米片上原位生长出SnS2纳米片，构建了新型2D-2D黑磷/SnS2 P-N异质结，并将之首次用于高效NO2气体传感应用。在SnS2/BP复合结构中，p型BP具有高氧化性的空穴，可将低价Sn2+氧化为Sn4+，从而可抑制Lewis酸性较强的S空位形成。X射线光电子能谱证实了异质结对低价Sn2+的抑制；同时，研究人员创新性地结合电化学催化分析技术，考察了其在酸性介质下的扩散双电层电容，验证了复合结构对其表面Lewis酸度的抑制作用。基于离子价态和路易斯酸度调控，SnS2/BP异质结传感器能够在室温下检测到100 ppb级痕量NO2，其响应及回复速度快、性能稳定且选择性高。科研人员结合第一性原理计算和原位Raman光谱研究，进一步揭示了其化学吸附增强机理。本研究工作为高性能半导体NO2气敏器件的设计提供了新思路。

文章作者

西安交通大学金属材料强度国家重点实验室为论文第一作者单位和第一通讯单位，西安交大材料学院博士生/梁婷婷为论文第一作者，戴正飞研究员和曾海波教授为论文共同通讯作者。

论文链接

https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.07.007

#08

西安交大科研团队

在二维材料-铁电混合系统光电探测领域取得进展

发表期刊

ACS NANO

内容摘要

“后摩尔”时代中，与CMOS工艺兼容的高性能集成光电探测器是实现硅光集成和物联网等前沿应用的重要组成部分。为了进一步提高光电探测的性能，近年来研究人员致力于将新型材料和新物理机制引入器件应用中，二维材料和铁电材料受到了广泛关注，而将二者结合起来实现混合系统再用于光探测，不但引发了很多新奇的物理现象，又能够实现小尺寸、多功能和快速响应的探测器件，因此相关成果层出不穷，然而众多新颖的结果缺乏基于物理机制和器件应用方面的梳理，存在的问题和未来发展的方向也缺乏有深度的讨论。

西安交通大学电信学部电子学院任巍教授、牛刚特聘研究员课题组长期致力于发展功能介电、铁电薄膜与集成器件，尤其是介电和铁电薄膜在信息时代的新型应用，如高频超声换能器、红外热释电阵列、人工突触器件、柔性器件、光电探测器件等。近日，该团队与国内外科研人员合作报道了二维材料-铁电薄膜混合系统光电探测应用的新进展，总结了材料特性、物理机制、器件优化等多方面成果，理清了该领域当前的研究重点和挑战，并且对未来的研究提出了建议和展望。

综述首先回顾了二维材料和铁电材料基础，并进一步针对二维材料-铁电材料混合系统的相互作用进行研究与讨论。对铁电材料极化对二维材料的能带调控、电特性和光电特性增强进行了系统深入分析。进一步，半导体器件工艺也是影响光电探测性能的重要方面，论文中对于器件工艺，特别是电极与沟道材料的接触进行了讨论并总结了提高光电探测器性能的常见工艺与方法。在二维材料-铁电薄膜光电探测器件应用中，作者针对不同器件结构的光电探测器进行系统讨论，对光电探测器的结构、性能以及突出特点进行总结，并针对铁电材料对二维材料在光电应用中的调控作用进行了系统、深入分析。这项工作不仅很好地总结了光电探测器领域的最新成果，为快速了解相关发展提供了可能，而且为未来光电探测器的优化和结构设计提供了思路和建议。

文章链接

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c01735#

#09

西安交大科研人员

发现不可见点缺陷复合体诱发钨超高辐照硬化

发表期刊

Nano Letters

内容摘要

聚变能是人类理想的未来能源之一。钨、钼、钒等难熔金属是聚变堆的关键结构材料。这类金属具有体心立方结构，在高能粒子辐照后通常表现出超过100%的辐照硬化，远高于面心立方和密排六方金属。钨是聚变堆面向等离子体第一壁和偏滤器的最佳候选材料，它具有高熔点、良好的热导率、低氚滞留率和低溅射率。在聚变堆中，钨会经受高能粒子辐照和高热流轰击，氢、氦等被注入钨中，与辐照产生的空位结合形成气泡，使钨发生辐照硬化。然而，基于电镜观察到的纳米尺度辐照缺陷(如气泡、空洞或位错环)并不能准确地评估这类辐照硬化。长期以来，研究者猜测，体心立方金属的超高辐照硬化与大量的不可见辐照缺陷有关。这类缺陷通常是原子尺度，区别于尺寸较大的缺陷团簇，如位错环、空洞或气泡，所以从实验上获得它们的尺寸、密度和强化效果非常具有挑战性。因此，不可见辐照缺陷-“暗物质”-硬化的假设一直缺乏直接的实现证据支撑。

图1 钨的超高辐照硬化

近日，西安交通大学材料学院微纳中心韩卫忠教授课题组系统研究了高温氦离子辐照钨的强化机理。原位测试表明，氦离子辐照后，钨的屈服强度提高了两倍（如图1所示）。基于透射电镜观察的氦泡等缺陷估算的强化量只占实验测得强化值的不到30%。对比结果表明，除了可见氦泡的强化外，还应当存在另外一种更加主导的强化机制。为了评估不可见的辐照点缺陷，研究中采用氦离子作为标记原子，通过氦离子的分布来推测辐照诱导点缺陷的分布。研究表明，可见氦泡中的氦只占注入总氦量的很小比例，超过80%以上的氦仍然隐藏在晶格中（如图2所示）。由于氦和空位具有很强的结合能，注入的大量氦隐藏在空位中，形成氦-空位复合体。结合纳米力学测试，透射电子显微镜分析和分子动力学模拟，发现钨的超高辐照硬化源于位错与大量不可见的点缺陷复合体的强烈相互作用，尤其是空位和氦-空位复合体对位错的强烈钉扎。原位纳米力学测试和分子动力学计算表明，这些点缺陷复合体可阻碍位错运动，特别是对刃位错钉扎更加明显，使位错滑移的阻力提高了1 GPa以上，使得钨中由长直螺位错主导的塑性变形转变为了由环状混合位错协调的变形。这一现象与体心立方金属具有很高的空位迁移能密切相关。在中低温条件下，辐照产生的大部分空位仍然隐藏在晶格中，很难通过迁移发生聚集长大。这类离散分布的点缺陷尺寸极小，密度极高，通常被称为金属材料中的“暗物质”，尤其是与氦、氢等元素复合后会形成强钉扎点，导致金属材料发生显著强化和脆化。该研究揭示了体心立方金属中的一种新型辐照强化机制，即不可见点缺陷复合体-“暗物质”-硬化。

图2 大量不可见点缺陷复合体造成了钨的超高辐照硬化

文章作者

西安交通大学材料学院硕士生郑若瑶为论文第一作者，韩卫忠教授为论文通讯作者，合作者包括加州大学圣巴巴拉分校Irene Beyerlein教授和Wu-Rong Jian博士。

论文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c01637

#10

西安交大科研人员

在无限配位聚合物治疗肿瘤领域发表综述文章

发表期刊

Coordination Chemistry Reviews

内容摘要

配位聚合物是由有机配体和无机金属离子不断重复配位自组装而形成的一种有机-无机杂化材料，一般可以被制备成具有结晶结构的金属有机框架（MOFs）化合物或无定形的无限配位聚合物（ICPs）。ICPs具有易裁剪、孔隙率化学可调、热稳定性好、水溶性好、制备条件温和易进行更深层次加工等优点，作为治疗剂递送系统应用于肿瘤治疗受到了越来越多的关注。

将治疗剂分子作为配体与金属离子通过化学直接配位形成无载体材料的无限配位聚合物称为治疗剂组装无限配位聚合物纳米药物（简称ICP nanomedicines），与传统的治疗剂组成无载体纳米药物相比，ICP nanomedicines具有很大的治疗优势和潜力，可以改变治疗剂的特性，如提高水溶性和热稳定性、改变荧光特性和光热转换效率，药量高、毒副作用低，可多药协同提高肿瘤治疗效果，具有pH智能响应特性。由于ICP nanomedicines仅仅由药物和金属离子组成，未来比较容易进入临床，在肿瘤治疗方面拥有非常光明的应用前景，但该领域研究涉及到材料科学、化学、药学、生物学和医学等众多学科，还没有引起研究者的广泛关注，目前该方面的研究较少。

西安交通大学吴道澄教授课题组在2018年提出了将肿瘤治疗剂AQ4N和棉酚（gossypol）与Cu2+双配位的策略，制备了透明质酸修饰的双药无限配位聚合物纳米药物HA@AQ4N-Cu(II)-gossypol ICP nanomedicines。该ICP nanomedicines总载药量高达77.41%，AQ4N和gossypol不仅可以协同治疗，而且AQ4N的荧光开关式变化可实现体内药物释放和分布的实时自我监测，为不同类型肿瘤提供诊疗一体化治疗。

近期，研究人员发现天然抗肿瘤药物棉酚（gossypol）和绿茶多酚（EGCG）与金属离子无限配位聚合物颜色变深，吸收光谱发生变化，具有一定的光热转换能力，在掺杂很小比例的光热剂IR780后，其光热效率从16%大幅增加为47.8%，使这种ICP nanomedicines同时具有了光热治疗和ICPs双药化疗的能力，具备了一物多用的特点。动物实验表明该ICP nanomedicines的肿瘤抑制率高达98.7%，60天后肿瘤的复发率仅为12.5%。

ICP nanomedicines的制备、特性、肿瘤治疗及应用前景

鉴于ICP nanomedicines未来肿瘤治疗的光明前景，为吸引不同学科的研究者共同参与ICP nanomedicines的研究。基于在该领域多年的持续研究，生命学院生物医学影像与应用研究所吴道澄教授课题组对治疗剂组装的ICP nanomedicines在肿瘤治疗领域的研究进展进行了综述（图1），该综述对ICP nanomedicines的制备方法以及自身特性进行了系统性总结，重点讨论了ICP nanomedicines在肿瘤化疗、光疗以及协同治疗中的应用，提出了“金属离子的毒性还不能完全被降低到可忽略的程度”“治疗剂的功能单一，缺乏系统性发掘治疗剂的多功能协同作用”“治疗效果的评价指数过于单一”“ICP nanomedicines结构及理论研究不足”等这一领域未来仍需进一步解决的四个问题。提出拟重点研究的方向：多重靶向修饰提高ICP nanomedicines的利用率；拓展治疗剂的类型和功能，构建一物多用的多功能治疗体系；拓展多种肿瘤治疗方法之间的协同治疗策略；ICP nanomedicines的理化和生物学机制是未来的重要研究方向；扩展ICP nanomedicines在其他疾病治疗中的应用。

文章作者

该论文第一作者为西安交通大学生命学院博士生张帅，吴道澄教授为唯一通讯作者，生物医学信息工程教育部重点实验室、西安交通大学生命学院为该论文第一和唯一通讯作者单位。

论文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854521003337?dgcid=coauthor

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