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自2015年起,锑烯二维纳米材料因其具有与石墨烯类似的层状结构和一些优于石墨烯的物理及光电性能而备受关注。锑烯纳米材料具有高的载流子迁移率及可调节的带隙,较短的面外原子键长和较强的自旋-轨道耦合(spin-orbit coupling)效应,使其具有特殊的物理化学性能,特别适用于半导体、光电子元器件制备,等离子体探测以及超短脉冲的产生等诸多领域。光声成像是一种非入侵性的无损成像技术,兼具光学成像的高分辨率和声学成像的深度,在生物医学领域有很大的发展前景。性能优异的光声成像造影剂是获得高清晰度和高分辨率图像的关键因素之一。本论文发现了锑烯二维纳米材料的光学性质,并对其作为光声成像造影剂应用于活体肿瘤的原位成像进行了探索。主要内容如下:1.锑烯纳米片(Antimonene nanoflakes,AMNFs)的制备及表征。本文利用循环液相冰浴超声的方法制备出了横向尺寸约为21±5nm,纵向尺寸约为52±3nm,厚度处于10～15nm(即2～3层)的少层锑烯纳米片。利用透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM),原子力显微镜(Atomic force microscope,AFM),X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)和拉曼光谱(Raman spectroscopy)对其形貌、性质等进行了表征。2.锑烯纳米材料的光学性能(主要是光热及光声性能)研究。本文利用紫外-可见分光光度计(Ultraviolet-visible Spectrophotometer)检测了锑烯纳米片的光学吸收光谱,并通过理论计算得到其在808nm处的摩尔消光系数(Molar extinction coefficient)为2.24×10~9。利用近红外激光照射,通过温度测量,得出材料的光热转换效率为42.36%,优于金纳米棒、石墨烯等材料。利用多光谱光声断层扫描成像系统(Multispectral Optoacoustic Tomography,MSOT),对材料的光声性能进行了研究;系统地对比了锑烯纳米片与常见光声成像造影剂(金纳米棒,二维材料和吲哚菁绿(Indocyanine Green,ICG)光声性能之间的差异,发现锑烯纳米片与其他材料相比表现出优异的光声性能。此外,本文还探索了影响锑烯纳米片光声性能的因素,在厚度相近的前提下,较大尺寸的锑烯纳米片因其较低的界面热阻会产生更强的光声信号。对锑烯纳米片的光致发光性能也进行了初步探讨。3.锑烯纳米片的生物毒性评价及其表面修饰。本论文中利用细胞增殖实验(MTS法)测试了AMNFs对人胚胎肾细胞293T和乳腺癌细胞T47D在24h和48h后的细胞毒性,结果显示200μg/ml的锑烯纳米片与细胞共培养48h不影响细胞的生理活性,说明锑烯纳米片具有很好的生物相容性。利用牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)对制备所得的锑烯纳米片进行了表面修饰,达到了0.8μg BSA/μg AM的蛋白负载量。BSA包覆不仅有效改善了锑烯纳米片在溶液中的团聚现象,进一步增加了锑烯纳米片的生物兼容性使其更加适用于生物医学应用,同时材料的光声性能也得到了进一步的提高。4.锑烯纳米片的活体肿瘤原位光声成像。基于锑烯纳米片优异的光声性能,本论文探讨了它在生物医学中的应用。首先利用光声方法探索了材料进入细胞的过程。将锑烯纳米片与活细胞(293T cells)共培养并检测不同时间点的光声信号,发现1h至4h之间细胞内所测得的光声信号强度随时间增长而逐渐增大,4h时信号达到最大值随后则开始逐渐下降,说明细胞与锑烯纳米片共培养4h时进入细胞内的锑烯纳米片数量达到最大化。7.4×10~4个细胞(相当于体积为0.74mm~3的组织)与锑烯纳米片共培养0.5～1小时即可产生可检测的光声信号。这说明锑烯纳米片所产生的光声信号有利于小体积肿瘤的早期探测。5.在此基础上,本文以BSA-AMNFs为造影剂,对小鼠的肿瘤模型(乳腺癌MCF-7模型)进行了光声成像检测。对荷瘤部位长达48h的间断性光声成像结果表明,锑烯纳米片可以快速富集在肿瘤部位,注射后1h光声信号达到峰值,2h后仍有较强信号,成像质量清晰。对小鼠全身器官的成像结果表明锑烯纳米片可经肝肾代谢排出体外,无残余毒副作用,是一种非常有前景的外源性光声成像造影剂。6.锑烯量子点(Antimonene quantum dots,AMQDs)的制备及纳米药物递送系统(Drug Delivery System)设计。文本通过改变样品制备参数获得了尺寸为4～5nm的锑烯量子点,并以此为基础设计并初步制备了光响应性的纳米药物递送系统,利用透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)对于样品进行了简单表征,希望能够为纳米药物突破肿瘤内环境阻碍提供新的思路。综上,锑烯作为一种类石墨烯的二维材料,优异的光学性能为其在更多领域的应用提供了诸多思路。本论文发现的锑烯纳米片的光声性能,为其在癌症早期探测方面提供了可能性;同时也为光声成像介导的肿瘤消除奠定了基础。