武汉理工大学韩颖超研究员:锰掺杂磷酸钙纳米团簇多级结构的构建及性能研究

2023~2025年  分领域虚拟专题

全文速览

以锰掺杂磷酸钙纳米团簇(Mn:nCaP)为单元，通过赖氨酸偶联与pH调控构建了多级结构聚集体(Mn:nCaP@Lys)，并系统评估其光热与催化性能。结果表明，通过调节pH(7.0~11.0)，可实现对Mn:nCaP@Lys尺寸((57.27±7.83)~(95.70±14.16) nm)的精确调控。与Mn:nCaP相比，Mn:nCaP@Lys在4小时内表现出更高的催化活性，其中pH 9.0条件下活性最强。该材料具有良好的生物安全性，对肿瘤细胞抑制效果及化疗增敏作用均优于单体结构。本研究为优化锰的生物学效应提供了有效的多级结构化策略，有助于推动其在生物医学领域的应用。

研究背景

纳米磷酸钙具有良好的生物相容性与丰富的表面位点，通过经锰离子掺杂能使其具备光热及催化等性能，有望成为一种新型的药物材料。但Mn:nCaP的成分结构对其光热及催化等性能的影响规律有待深入研究，且其对肿瘤细胞的抑制机制也需具体探讨。

本文亮点

利用生物矿化法制备了一种超小尺寸的Mn:nCaP，并通过赖氨酸偶联构建了多级结构纳米团簇聚集体(Mn:nCaP@Lys)。对Mn:nCaP@Lys的形貌、尺寸、光热及催化性能等进行表征，并评估了其生物安全性、催化光热抗肿瘤效果，以及与阿霉素(DOX)联用的化疗增敏抗肿瘤效应。研究重点对比了多级结构化对材料性能的影响。

图文导读

Mn:nCaP@Lys的尺寸与反应环境的pH值呈正相关趋势。通过控制反应pH，可以调节Mn:nCaP@Lys的尺寸进而影响其Zeta电位及催化性能。

随着pH值的增加，Mn:nCaP和Mn:nCaP@Lys的催化活性呈现“倒U形”趋势。多级结构催化能力的提升并非来自Mn的简单释放，而是源于材料内部的缺陷位点；多级结构的催化能力增强本质上是本征催化能力的提升。

总结与展望

本研究揭示了pH对多级结构纳米团簇聚集体(Mn:nCaP@Lys)成分结构、光热及催化性能的调控作用。结果表明，其催化能力的提升源于材料内部缺陷位点，而非锰离子的简单释放；多级结构本质上是本征催化能力的增强。生物安全性评价显示，该材料对正常L929细胞无毒性，而对4T1肿瘤细胞的增殖抑制效应呈浓度依赖性。该pH调控的多级结构化策略有效平衡了材料的理化性能与生物功能，为拓展锰基材料在生物医学领域的应用提供了理论依据。

作者简介

通讯作者：韩颖超，生物材料学专业博士，美国内布拉斯加大学医学中心博士后，武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室研究员、博士生导师。主要从事磷酸钙纳米生物陶瓷及其应用研究。主持国家自然科学基金、国家科技部重点研发计划(课题)、国家科技部国际科技合作等项目。在国内外刊物发表学术论文80余篇，作为主要发明人获授权中国/美国/欧洲/斯里兰卡发明专利20余项。

第一作者：陈俊锐，武汉理工大学材料科学与工程学院在读硕士研究生，主要研究方向为锰掺杂纳米磷酸钙团簇的抗肿瘤研究。

期刊介绍