深圳先进院建立二维硅纳米片制备新方法并拓展其生物应用

近日，中国科学院深圳先进技术研究院副研究员王佳宏课题组在二维硅纳米片的定向解理及生物光子学应用中取得进展。

硅是人体的基本构成元素，硅基纳米材料具有生物相容性和可降解性。集近红外拉曼成像与光热治疗为一体的二维单质硅纳米片，有望实现成像引导的癌症治疗，在临床纳米医学中具有潜力。单质硅是一种立方晶系的非范德华（non-vdW）材料，较难直接获取二维片层结构，但硅的{111}面拥有比{100}和{110}晶面更低的解理能。因此，可通过解理充分暴露{111}晶面的晶体硅来合成二维硅纳米片（Si NSs）。

研究人员利用硫碘共辅助化学气相传输法，制备出具有充分暴露{111}面的八面体晶体硅；利用简单超声液相剥离技术，即可实现大量制备二维硅纳米片，其横向尺寸约200 nm，平均厚度约13 nm。研究人员利用近红外光具有比可见光更强的组织穿透能力，在波长为785 nm的激光激发下，SiNSs能够产生较强的拉曼散射信号，易与蛋白质和有机物的信号进行区分，实现细胞内生物光子成像。此外，SiNSs在1064 nm处的消光系数达11.3 L·g^–1·cm^–1，光热转换效率为21.4%，能够有效将NIR-II区的光吸收转换成热，实现高效杀伤肿瘤细胞。该结果验证了SiNSs用作癌症治疗的潜力。

该研究中，晶面选择性解理的策略可为非范德华材料的二维纳米结构制备提供借鉴；由于SiNSs具有优异的近红外生物光子学特性和良好的生物相容性，其可能在未来纳米医药中取得更进一步的进展。相关研究成果以From Octahedron Crystals to 2D Silicon Nanosheets: Facet-Selective Cleavage and Biophotonic Applications为题，发表于在Small上。深圳先进院博士程自强和博士研究生崔浩东为论文的共同第一作者，王佳宏和研究员喻学锋为论文的通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、中科院青年创新促进会、广东省特支计划等的支持。

图1.硅纳米片的制备及其近红外拉曼成像和细胞光热治疗

图2.二维硅纳米片的制备及生物光子学应用：（a） 硅的晶体结构示意图及各晶面解理能；（b）化学气相传输法制备八面体硅和探头超声制备SiNSs的示意图；（c）Hela细胞的明场图像；（d）细胞内2D SiNSs拉曼散射谱；（e）细胞拉曼成像图（白色虚线描绘细胞轮廓，箭头指示SiNSs的细胞内分布）；（f）含有不同浓度SiNSs的Hela细胞在1064 nm激光光照5 min后的存活率和荧光照片