科研進展

深圳先進院成功實現黑磷基水凝膠的光控原位生物礦化

時間:2020-06-01  來源:材料所(籌)材料界面研究中心 文本大?。骸?a href="javascript:doZoom(16)">大 |  | 】  【打印

  近日,中國科學院深圳先進技術研究院喻學鋒研究員與深圳大學邵俊東副研究員等合作,成功利用黑磷的光化學活性實現了水凝膠的光控原位生物礦化。相關論文"Photochemical Activity of Black Phosphorus for Near-Infrared Light Controlled In Situ Biomineralization"發表在國際著名學術期刊《先進科學》(Advanced Science)上,影響因子15.804。論文第一作者是邵俊東博士,通訊作者是喻學鋒研究員。

  近年來,二維黑磷優異的近紅外光熱效應、生物相容性和生物可降解性,使其在光熱治療、藥物/基因遞送、生物成像和生物傳感器等生物醫學領域中引起了廣泛關注。其中,黑磷的生物可降解性是其區別于其它無機二維光熱材料最重要的特性,它可以在水和氧氣的作用下,降解成人體必需的磷酸鹽(PO43-)。針對這一特性,研究團隊揭示了黑磷的光化學活性,并研究了黑磷基水凝膠的近紅外光控原位生物礦化現象和潛在用途。 

  磷酸鹽(PO43-)和鈣離子(Ca2+)的生物礦化過程在人體硬組織如牙齒和骨骼等的形成與再生過程中起到了至關重要的作用。然而在生物體內,生物礦化過程通常是自發進行的,受生物體內的生物大分子控制,很難在體外實現人為調控。然而,黑磷優異的近紅外光響應特性和生物可降解性能,為實現可控的生物礦化提供了可能。研究結果顯示,近紅外光照不僅增強了黑磷的化學活性,促進了黑磷向磷酸鹽(PO43-)轉化的降解過程,還加劇了磷酸鹽(PO43-)與鈣離子(Ca2+)的反應過程,最終實現了可控的原位生物礦化。在此過程中,黑磷不僅是生物礦化的引發劑和調節器,還可以作為成核位點并提供生物礦化必需的磷源——磷酸鹽(PO43-)。研究團隊隨后將黑磷與水凝膠復合,利用3D打印技術制備了骨組織工程支架,并實現了其近紅外光控原位生物礦化。相關研究成果進一步拓展了黑磷的生物醫學應用,并在生物材料領域,特別是組織工程中具有巨大的應用潛力。 

  本項研究得到了中科院前沿科學研究重點計劃、廣東特支計劃、國家自然科學基金等項目的資助。 

  論文鏈接

黑磷基水凝膠的光控原位生物礦化示意圖

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