二維納米功能材料的合成與生物醫(yī)學應用：生物成像與腫瘤治療新策略一、引言1.1研究背景與意義腫瘤嚴重威脅人類生命健康，是全球醫(yī)學研究的重點和難點。世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構（IARC）發(fā)布的2020年全球最新癌癥負擔數(shù)據(jù)顯示，當年全球新發(fā)癌癥病例1929萬例，死亡病例996萬例。盡管當前腫瘤治療手段多樣，包括手術、化療、放療、免疫治療等，但每種方法都存在一定局限性。手術難以徹底清除腫瘤細胞，且對患者身體創(chuàng)傷大；化療在殺傷腫瘤細胞的同時，會損害正常細胞，引發(fā)嚴重副作用；放療則會對腫瘤周圍正常組織造成輻射損傷。這些局限性導致腫瘤患者的生存率和生活質量難以有效提升，因此，開發(fā)高效、精準且低毒的腫瘤診療技術迫在眉睫。納米技術的興起為腫瘤診療領域帶來了新希望。納米材料由于其獨特的尺寸效應、表面效應和量子效應，展現(xiàn)出與傳統(tǒng)材料不同的物理化學性質，在腫瘤診療中具有巨大的應用潛力。其中，二維納米功能材料作為納米材料家族的重要成員，憑借其獨特的二維層狀結構，在生物醫(yī)學領域，尤其是腫瘤治療和生物成像方面，發(fā)揮著重要作用。在藥物遞送方面，二維納米功能材料具有較大的比表面積，能夠負載更多的藥物分子。同時，通過表面修飾可以實現(xiàn)對腫瘤細胞的靶向遞送，提高藥物在腫瘤組織中的濃度，增強治療效果的同時降低對正常組織的毒副作用。例如，將抗癌藥物阿霉素負載到氧化石墨烯上，通過表面修飾靶向分子，可實現(xiàn)對腫瘤細胞的特異性遞送，有效提高藥物療效，降低藥物對正常組織的損害。在腫瘤成像領域，二維納米功能材料的光學、電學和磁學性質使其可用于開發(fā)高靈敏度的成像探針，實現(xiàn)腫瘤的早期精準診斷和實時監(jiān)測。如金納米片修飾的二維材料，利用其表面等離子體共振特性，結合光學成像技術，能夠實現(xiàn)對腫瘤的高分辨率成像，為腫瘤的早期診斷提供有力支持。在光熱治療中，這類材料能夠吸收特定波長的光并轉化為熱能，選擇性地殺死腫瘤細胞，為腫瘤治療提供了一種微創(chuàng)、高效的新策略。例如，石墨烯和黑磷納米片等具有良好的光熱轉換性能，在近紅外光照射下，能夠將光能高效轉化為熱能，實現(xiàn)對腫瘤細胞的選擇性殺傷。研究兩種二維納米功能材料的合成及其生物成像和腫瘤治療性能，對于推動腫瘤治療技術的發(fā)展具有重要的理論意義和實際應用價值。從理論層面看，深入探究二維納米功能材料與腫瘤細胞的相互作用機制，有助于揭示納米材料在生物體內的行為規(guī)律，為納米生物醫(yī)學的發(fā)展提供理論基礎。從實際應用角度出發(fā)，開發(fā)基于二維納米功能材料的新型腫瘤診療技術，有望突破傳統(tǒng)治療方法的瓶頸，提高腫瘤治療的療效和患者的生存率，改善患者的預后和生活質量，為腫瘤患者帶來新的希望。1.2二維納米功能材料概述二維納米功能材料是指在一個維度上的尺寸處于納米尺度（通常為1-100納米），而另外兩個維度上具有相對較大尺寸的材料。其原子排列形成了具有原子級厚度的平面結構，通常由一層或幾層原子組成，這種獨特的結構賦予了它們許多優(yōu)異的性質，使其在眾多領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。二維納米功能材料具有一些顯著特點。首先，它具有高比表面積。由于其原子級的厚度，二維納米材料的比表面積非常大，這意味著單位質量的材料具有更多的表面原子。以石墨烯為例，其理論比表面積可達2630m2/g，如此高的比表面積使得材料表面具有豐富的活性位點，有利于提高材料的吸附、催化和化學反應活性。在藥物遞送領域，大比表面積能夠負載更多的藥物分子，從而提高藥物的裝載量，增強治療效果。二維納米功能材料具備優(yōu)異的電學性能。不同的二維納米材料展現(xiàn)出多樣的電學特性，如石墨烯具有超高的電子遷移率，其載流子遷移率在室溫下可達200,000cm2/（V?s），這使得石墨烯在電子學領域，如高速電子器件、晶體管等方面具有廣闊的應用前景。過渡金屬硫族化合物（TMDs），如二硫化鉬（MoS?）在特定條件下可表現(xiàn)出半導體特性，能用于構建納米電子器件和邏輯電路，為實現(xiàn)高性能、小型化的集成電路提供了可能。光學性質也是二維納米功能材料的一大亮點。二維材料的原子結構使其對光的吸收、發(fā)射和散射表現(xiàn)出與傳統(tǒng)材料不同的特性。黑磷納米片在近紅外區(qū)域具有獨特的光吸收特性，可用于光熱治療和光聲成像。一些二維材料還能夠實現(xiàn)高效的光發(fā)射，在發(fā)光二極管、光電探測器等光電器件領域具有潛在的應用價值，有望推動光電子技術的發(fā)展。常見的二維納米材料種類繁多，包括石墨烯、過渡金屬硫族化合物、黑磷和六方氮化硼等。石墨烯是最早被發(fā)現(xiàn)和研究的二維納米材料之一，由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度。它具有優(yōu)異的電學、熱學和力學性能，在電子器件、傳感器、復合材料等領域得到了廣泛研究和應用。在電子器件方面，石墨烯可用于制造高性能的晶體管，有望提高芯片的運行速度和降低能耗；在傳感器領域，利用石墨烯對氣體分子的吸附和電學性能變化，可制備高靈敏度的氣體傳感器，用于檢測環(huán)境中的有害氣體。過渡金屬硫族化合物，如MoS?、二硫化鎢（WS?）等，具有類似三明治的結構，由過渡金屬原子和硫族原子通過共價鍵結合形成二維層狀結構，層間通過范德華力相互作用。這類材料在催化、能源存儲和光電器件等領域具有重要應用。在催化領域，MoS?納米片在加氫脫硫反應中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，可用于石油化工中的油品脫硫；在能源存儲方面，MoS?可作為鋰離子電池的電極材料，提高電池的容量和循環(huán)穩(wěn)定性。黑磷是一種具有獨特晶體結構的二維材料，由磷原子組成的層狀結構，層間通過范德華力相互作用。黑磷具有直接帶隙，且?guī)洞笮】稍谝欢ǚ秶鷥韧ㄟ^層數(shù)調控，這使得它在光電器件、生物醫(yī)學等領域具有潛在應用價值。在光電器件方面，黑磷可用于制備高性能的光電探測器，對不同波長的光具有良好的響應；在生物醫(yī)學領域，黑磷納米片因其良好的生物相容性和光熱轉換性能，可用于腫瘤的光熱治療和生物成像。六方氮化硼（h-BN）與石墨結構相似，具有良好的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和絕緣性能，常被稱為“白石墨烯”。h-BN在電子器件、復合材料和高溫潤滑等領域有重要應用。在電子器件中，h-BN可作為絕緣層材料，用于制備高性能的場效應晶體管，提高器件的穩(wěn)定性和可靠性；在復合材料中，h-BN可增強材料的力學性能和熱性能，廣泛應用于航空航天、汽車制造等領域。1.3研究目標與內容本研究旨在合成兩種具有獨特性能的二維納米功能材料，并深入探究其在生物成像和腫瘤治療方面的性能，為開發(fā)新型高效的腫瘤診療技術提供理論和實驗依據(jù)。在二維納米功能材料的合成上，擬采用創(chuàng)新的合成方法，分別合成高質量、尺寸均勻且具有良好分散性的二維納米功能材料。對于第一種材料，計劃探索化學氣相沉積（CVD）法與溶液相合成法相結合的方式。在CVD法中，精確控制反應溫度、氣體流量和沉積時間等參數(shù)，以在特定基底上生長出高質量的二維納米材料初始層；隨后，利用溶液相合成法，通過調節(jié)溶液中的化學反應條件，如反應物濃度、反應時間和溫度等，對初始層進行修飾和生長，實現(xiàn)對材料尺寸、層數(shù)和表面性質的精確調控，以獲得具有特定結構和性能的二維納米材料。對于第二種材料，嘗試以機械剝離法為基礎，結合超聲輔助液相剝離技術。首先，通過機械剝離從塊狀材料中獲得較大尺寸的二維納米片層；然后，將其分散在特定的溶劑中，在超聲作用下進一步剝離，細化納米片層尺寸，并提高其分散性。同時，通過優(yōu)化超聲功率、時間和溶劑種類等條件，實現(xiàn)對材料尺寸和質量的有效控制。在合成過程中，運用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）和原子力顯微鏡（AFM）等多種表征手段，對合成材料的晶體結構、形貌、尺寸和原子級厚度進行精確表征，確保合成的二維納米功能材料符合預期設計要求。在生物成像性能研究方面，深入探究兩種二維納米功能材料作為成像探針在生物成像中的應用潛力。從光學成像角度，利用材料的光學特性，如熒光發(fā)射、光吸收和散射等性質，開發(fā)基于二維納米材料的熒光成像和光聲成像探針。通過表面修飾特定的熒光分子或對材料本身進行結構調控，增強其熒光發(fā)射效率和光聲信號強度，實現(xiàn)對腫瘤組織的高靈敏度成像。采用熒光光譜儀、光聲成像系統(tǒng)等設備，在細胞和動物水平上進行成像實驗，分析材料在不同生物環(huán)境下的成像效果，研究其對腫瘤組織的特異性識別和成像能力，以及成像信號與腫瘤組織的相關性。在磁共振成像（MRI）方面，探索二維納米材料作為MRI造影劑的可行性。通過引入具有磁性的原子或基團，或與磁性納米粒子復合，調節(jié)材料的磁性特性，增強其對MRI信號的影響。利用MRI設備，對負載二維納米材料的細胞和動物模型進行成像，研究材料在體內的分布和代謝情況，評估其作為MRI造影劑的性能，如造影增強效果、成像分辨率和生物安全性等。腫瘤治療性能研究也是本研究的重點內容。在光熱治療領域，研究兩種二維納米功能材料在近紅外光照射下的光熱轉換性能。通過理論計算和實驗測試，分析材料的光吸收機制和光熱轉換效率，優(yōu)化材料的結構和組成，提高其光熱轉換性能。利用激光照射系統(tǒng)和紅外熱成像儀，在細胞和動物水平上進行光熱治療實驗，觀察材料在近紅外光照射下對腫瘤細胞的殺傷效果，研究光熱治療過程中溫度分布、治療時間和劑量等因素對治療效果的影響，評估材料在腫瘤光熱治療中的有效性和安全性。在藥物遞送與聯(lián)合治療方面，將二維納米功能材料作為藥物載體，負載抗癌藥物，研究其藥物負載能力、藥物釋放行為以及對腫瘤細胞的靶向遞送性能。通過表面修飾靶向分子，如腫瘤特異性抗體、適配體等，實現(xiàn)對腫瘤細胞的特異性識別和靶向遞送，提高藥物在腫瘤組織中的濃度，增強治療效果。將光熱治療與藥物治療相結合，探索聯(lián)合治療策略對腫瘤治療效果的協(xié)同增強作用，研究聯(lián)合治療過程中兩種治療方式的相互作用機制和最佳治療方案，為腫瘤的綜合治療提供新的思路和方法。二、二維納米功能材料的合成方法2.1“自上而下”合成法“自上而下”合成法是從宏觀的塊狀材料出發(fā)，通過物理或化學的手段，將其逐步剝離或刻蝕成二維納米材料的方法。這種方法能夠直接利用塊狀材料的固有特性，在一定程度上保留材料原有的晶體結構和性能，且不需要復雜的化學反應來構建原子結構，相對來說合成過程較為直接。但該方法在剝離或刻蝕過程中，可能會引入雜質或缺陷，影響二維納米材料的質量，且產量通常較低，難以滿足大規(guī)模生產的需求。常見的“自上而下”合成法包括機械剝離法、化學剝離法和液相超聲剝離法等。2.1.1機械剝離法機械剝離法是最早用于制備二維納米材料的方法之一，其原理是基于克服層狀材料層間的范德華力，通過施加機械力，如摩擦力、拉力等，將層狀材料的薄層從塊狀材料中分離出來。以制備石墨烯為例，最初是通過膠帶反復粘貼石墨晶體，在粘貼與分離的過程中，石墨層間的范德華力被克服，從而實現(xiàn)石墨烯薄片的剝離。在制備六方氮化硼納米片時，也可采用類似的方法。將塊狀六方氮化硼固定在平整的基底上，利用具有一定粘性的膠帶，反復粘貼、剝離氮化硼表面，經過多次操作后，部分氮化硼層被剝離下來，得到六方氮化硼納米片。這種方法的優(yōu)點十分顯著。它操作簡單，不需要復雜的設備和特殊的化學反應條件，在實驗室環(huán)境中容易實現(xiàn)。且由于沒有引入化學試劑參與反應，制備得到的二維納米材料純度高，缺陷相對較少，能夠較好地保留材料本身的固有特性。但機械剝離法也存在明顯的局限性。它的產量極低，每次剝離得到的二維納米材料量非常少，難以滿足大規(guī)模的實驗研究和工業(yè)生產需求。制備過程中，材料的尺寸和厚度難以精確控制，不同批次制備得到的二維納米片在尺寸和厚度上差異較大，不利于對材料性能進行精確的研究和應用。2.1.2化學剝離法化學剝離法是利用化學反應，通過在層狀材料中引入特定的化學物質，削弱層間的相互作用，從而實現(xiàn)二維納米材料的剝離。其原理主要是基于化學物質與層狀材料的化學反應，改變層間的化學環(huán)境和作用力。以改良Hummers方法剝離六方氮化硼為例，首先將六方氮化硼粉末加入到強氧化劑（如濃硫酸、高錳酸鉀等）的混合溶液中。在反應過程中，氧化劑會與六方氮化硼發(fā)生氧化反應，在其層間插入含氧官能團，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等，這些官能團的引入增大了層間距離，同時削弱了層間的范德華力。隨后，通過超聲、攪拌等輔助手段，進一步促進層間的分離，從而實現(xiàn)六方氮化硼納米片的剝離?；瘜W剝離法能夠實現(xiàn)相對較高產量的二維納米材料制備，適用于對材料需求量較大的研究和應用場景。通過對化學反應條件的控制，可以在一定程度上調控二維納米材料的表面性質，為后續(xù)的表面修飾和功能化提供便利。然而，該方法也存在一些局限性。在化學剝離過程中，由于使用了大量的化學試劑，容易在二維納米材料表面引入雜質，這些雜質可能會影響材料的電學、光學等性能?；瘜W剝離過程可能會對材料的晶體結構造成一定程度的破壞，引入晶格缺陷，從而影響材料的本征性能。2.1.3液相超聲剝離法液相超聲剝離法是在溶液體系中，利用超聲波的作用，實現(xiàn)層狀材料向二維納米材料的剝離。其原理基于超聲波在液體介質中傳播時產生的空化效應和機械效應。當超聲波作用于含有層狀材料的溶液時，液體中會產生大量微小氣泡，這些氣泡在超聲波的作用下迅速膨脹和收縮，當氣泡破裂時，會產生瞬間的高溫、高壓以及強烈的沖擊波和微射流，這些作用能夠對層狀材料產生強大的機械力，促使層間的分離。同時，超聲波的機械振動還會產生剪切力，進一步幫助層狀材料的剝離。在實際應用中，超聲波功率對剝離效果有著重要影響。當超聲波功率較低時，空化效應和機械效應較弱，層狀材料難以被有效剝離，得到的二維納米材料產量低，尺寸較大。隨著超聲波功率的增加，空化效應和機械效應增強，剝離效率提高，能夠得到更多尺寸更小的二維納米材料。但當功率過高時，過度的機械作用可能會導致二維納米材料的破損和缺陷增加，影響材料質量。例如，在制備二硫化鉬納米片時，研究發(fā)現(xiàn)當超聲波功率在一定范圍內（如200-400W）逐漸增加時，二硫化鉬納米片的產量逐漸提高，尺寸逐漸減??；但當功率超過400W后，納米片的破損率明顯上升，質量下降。液相超聲剝離法操作簡單，不需要高溫、高壓等極端條件，易于實現(xiàn)。它能夠在溶液中直接制備二維納米材料的分散液，有利于后續(xù)的溶液加工和應用，在制備納米復合材料時，可以直接將剝離得到的二維納米材料分散液與其他材料的溶液混合，進行復合反應。該方法還可以通過選擇合適的溶劑和添加劑，進一步調控二維納米材料的表面性質和分散性，具有較大的應用潛力。2.2“自下而上”合成法“自下而上”合成法是從原子、分子等微觀層面出發(fā)，通過原子或分子之間的化學反應、物理作用等，逐步構建二維納米材料的方法。這種方法能夠精確控制二維納米材料的原子結構、化學成分和生長取向，從而制備出具有特定性能和功能的材料。通過“自下而上”法可以精確控制原子的排列，制備出具有完美晶體結構的二維納米材料，從而實現(xiàn)對材料電學、光學等性能的精確調控。但該方法通常需要較為復雜的實驗設備和嚴格的實驗條件，合成過程相對繁瑣，成本較高。常見的“自下而上”合成法包括化學氣相沉積法和外延生長法等。2.2.1化學氣相沉積法化學氣相沉積（CVD）法是一種在氣態(tài)條件下通過化學反應生成固態(tài)物質并沉積在加熱的固態(tài)基體表面的工藝技術。其原理是將氣態(tài)的初始化合物（前驅體）導入反應室，在高溫、等離子體或激光等外界條件的作用下，前驅體發(fā)生化學反應，生成固態(tài)物質并沉積在基體表面，形成二維納米材料。以制備石墨烯為例，通常以甲烷（CH?）等碳氫化合物作為碳源，氫氣（H?）作為載氣，將它們通入到高溫反應爐中。在高溫下，甲烷分解產生碳原子，這些碳原子在催化劑（如銅箔）表面吸附、擴散，并逐漸沉積、反應，最終形成石墨烯。在制備過渡金屬硫族化合物（如MoS?）時，以鉬源（如鉬酸銨）和硫源（如硫化氫）作為前驅體，在高溫和催化劑的作用下，前驅體發(fā)生化學反應，鉬原子和硫原子在襯底表面沉積并反應，形成MoS?納米片。這種方法能夠精確控制材料的生長層數(shù)和質量，可制備出高質量、大面積的二維納米材料，通過調節(jié)反應溫度、氣體流量和沉積時間等參數(shù)，可以實現(xiàn)對石墨烯層數(shù)和質量的精確控制。在制備大尺寸的二維納米材料薄膜時，CVD法具有明顯優(yōu)勢，能夠滿足大規(guī)模生產的需求。但化學氣相沉積法也存在一些缺點。該方法需要高溫、高壓的反應環(huán)境，設備成本較高，對設備的要求也較為嚴格。在制備過程中，前驅體的分解和反應可能會產生雜質，影響二維納米材料的質量，甲烷分解過程中可能會產生一些副產物，如氫氣中的雜質等，這些雜質可能會摻雜到石墨烯中，影響其電學性能。CVD法制備的二維納米材料通常生長在基底上，后續(xù)的轉移過程可能會引入新的缺陷或污染，增加了工藝的復雜性。2.2.2外延生長法外延生長是指在經過切、磨、拋等仔細加工的單晶襯底（基片）上生長一層有一定要求的、與襯底晶向相同的單晶層，猶如原來的晶體向外延伸了一段。其原理基于晶體生長過程中原子的排列和擴散。在生長過程中，氣態(tài)或液態(tài)的原子或分子在襯底表面吸附、擴散，并在合適的位置發(fā)生化學反應，逐漸形成與襯底晶向相同的二維納米材料層。以在藍寶石襯底上生長氮化鎵（GaN）二維材料為例，通常采用有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）技術。將含有鎵元素的有機金屬化合物（如三甲基鎵）和氨氣作為反應源，在高溫和催化劑的作用下，三甲基鎵分解產生鎵原子，氨氣分解產生氮原子。這些原子在藍寶石襯底表面吸附、擴散，并發(fā)生化學反應，形成GaN二維材料層。由于藍寶石襯底具有特定的晶體結構和取向，GaN原子在襯底表面按照襯底的晶向進行排列，從而實現(xiàn)外延生長。外延生長法能夠精確控制二維納米材料的生長取向和晶體結構，生長出的材料具有高質量和低缺陷密度的特點，通過精確控制生長條件，可以制備出具有特定晶體結構和取向的二維納米材料，滿足高端電子器件對材料質量的嚴格要求。在制備半導體器件時，外延生長的二維納米材料能夠與襯底實現(xiàn)良好的晶格匹配，提高器件的性能和穩(wěn)定性。然而，外延生長法也面臨一些挑戰(zhàn)。它對襯底的要求非常高，需要使用高質量的單晶襯底，這增加了制備成本。生長過程需要嚴格控制溫度、氣氛、原子供應速率等參數(shù)，對設備和工藝的要求極高，溫度的微小波動可能會導致材料生長不均勻或產生缺陷。外延生長的速度相對較慢，產量較低，難以滿足大規(guī)模生產的需求。2.3兩種目標二維納米功能材料的合成實例2.3.1材料一的合成過程與優(yōu)化以石墨烯量子點（GQDs）為例，其合成過程主要采用改進的水熱法。首先，準備適量的石墨粉作為碳源，將其與濃硫酸、濃硝酸按照一定比例混合，在冰浴條件下進行充分攪拌，使石墨粉均勻分散在混合酸中。冰浴條件能夠有效控制反應的起始溫度，避免因反應過于劇烈而導致安全問題，同時有助于石墨粉在酸液中更均勻地分散，為后續(xù)的氧化反應提供良好的條件。在冰浴攪拌30分鐘后，將混合溶液轉移至油浴中，逐漸升溫至50-60℃，并持續(xù)攪拌反應12-15小時。此階段的油浴加熱和較長時間的攪拌，能夠促使?jié)饬蛩岷蜐庀跛岢浞盅趸?，在石墨層間引入大量的含氧官能團，如羧基、羥基等，這些官能團的引入增大了石墨層間的距離，為后續(xù)的剝離過程奠定基礎。反應結束后，將混合溶液冷卻至室溫，然后緩慢加入去離子水進行稀釋，以降低溶液的酸性。稀釋過程需緩慢進行，防止因稀釋過快導致溶液溫度急劇變化，影響產物的質量。稀釋后，通過離心分離的方法去除未反應的雜質和大顆粒物質，得到含有氧化石墨烯的上清液。離心分離能夠有效去除溶液中的不溶性雜質，提高氧化石墨烯的純度，為后續(xù)的量子點制備提供更純凈的原料。將氧化石墨烯上清液轉移至水熱反應釜中，加入適量的還原劑，如抗壞血酸，然后密封反應釜，在180-200℃的溫度下進行水熱反應6-8小時。水熱反應過程中，抗壞血酸作為還原劑，能夠將氧化石墨烯表面的含氧官能團還原，同時在高溫高壓的環(huán)境下，氧化石墨烯被進一步剝離和碎片化，形成尺寸較小的石墨烯量子點。在合成過程中，對各步驟進行了優(yōu)化。在氧化階段，通過調整混合酸的比例和反應時間，發(fā)現(xiàn)當濃硫酸與濃硝酸的體積比為3:1，反應時間為12小時時，能夠在石墨層間引入適量的含氧官能團，既保證了后續(xù)剝離的順利進行，又避免了過度氧化導致的結構破壞。在水熱反應階段，研究了不同還原劑用量和反應溫度對石墨烯量子點尺寸和熒光性能的影響。結果表明，當抗壞血酸與氧化石墨烯的質量比為1:2，反應溫度為180℃時，制備得到的石墨烯量子點尺寸較為均勻，平均粒徑在5-8納米之間，且熒光發(fā)射強度較高。通過優(yōu)化反應條件，成功制備出高質量的石墨烯量子點，為其在生物成像和腫瘤治療領域的應用奠定了基礎。2.3.2材料二的合成過程與優(yōu)化以二硫化鉬（MoS?）納米片為例，采用化學剝離法進行合成。首先，選取純度較高的三氧化鉬（MoO?）粉末作為鉬源，將其與硫脲按照一定的摩爾比（通常為1:3-1:5）混合均勻。合適的摩爾比能夠保證反應過程中鉬原子和硫原子充分反應，生成高質量的MoS?。將混合物轉移至反應釜中，加入適量的去離子水，使混合物完全溶解。去離子水的加入既能為反應提供液相環(huán)境，又不會引入雜質，影響產物質量。密封反應釜后，將其放入烘箱中，在180-200℃的溫度下反應12-24小時。在高溫條件下，硫脲分解產生硫化氫氣體，硫化氫與MoO?發(fā)生化學反應，生成MoS?。反應結束后，待反應釜自然冷卻至室溫，取出反應產物，通過離心分離的方法收集沉淀。離心分離可有效將生成的MoS?納米片從反應溶液中分離出來。將沉淀用去離子水和無水乙醇反復洗滌多次，以去除表面殘留的雜質和未反應的物質。多次洗滌能夠確保MoS?納米片表面的純凈度，提高其性能。將洗滌后的沉淀在60-80℃的真空干燥箱中干燥12-24小時，得到MoS?納米片。真空干燥既能加快干燥速度，又能避免在干燥過程中引入雜質，保證MoS?納米片的質量。在合成過程中，對反應溫度、時間和硫脲用量等參數(shù)進行了優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)，當反應溫度為180℃，反應時間為18小時，硫脲與MoO?的摩爾比為1:4時，制備得到的MoS?納米片結晶度較高，層數(shù)較少，尺寸較為均勻，平均橫向尺寸在100-200納米之間。通過對合成過程的優(yōu)化，成功制備出高質量的MoS?納米片，為其在生物醫(yī)學領域的應用提供了優(yōu)質的材料。三、二維納米功能材料的生物成像性能研究3.1生物成像原理與技術3.1.1熒光成像原理熒光成像技術基于熒光物質獨特的光學特性。當熒光物質受到特定波長的光（激發(fā)光）照射時，其分子中的電子會吸收光子能量，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。由于激發(fā)態(tài)的電子處于不穩(wěn)定的高能狀態(tài)，會通過多種方式釋放能量回到基態(tài)。其中一種方式是通過發(fā)射光子，以光輻射的形式釋放能量，所發(fā)射出的光即為熒光。熒光的發(fā)射波長通常比激發(fā)光的波長更長，這種波長的差異被稱為斯托克斯位移。例如，常見的熒光染料羅丹明B，其激發(fā)波長在550-560納米左右，而發(fā)射波長在570-590納米之間，通過這種波長的差異，可以利用濾光片將熒光信號與激發(fā)光信號有效分離，從而實現(xiàn)對熒光信號的檢測和成像。在生物醫(yī)學領域，熒光成像技術發(fā)揮著重要作用。在細胞成像中，利用熒光標記的抗體或熒光蛋白，可以特異性地標記細胞內的特定分子或細胞器。將綠色熒光蛋白（GFP）與特定的蛋白質基因融合表達，當細胞表達該融合蛋白時，就可以通過熒光顯微鏡觀察到該蛋白質在細胞內的分布和動態(tài)變化，實時追蹤蛋白質在細胞周期中的轉運過程，為細胞生物學研究提供了有力工具。在腫瘤成像方面，熒光成像可用于腫瘤的早期診斷和監(jiān)測。使用近紅外熒光探針，其發(fā)射光在近紅外區(qū)域（700-1000納米），該區(qū)域生物組織的自發(fā)熒光較低，且光的穿透深度相對較大。將近紅外熒光探針與腫瘤特異性的靶向分子結合，如腫瘤相關抗原的抗體，可實現(xiàn)對腫瘤組織的特異性標記和成像，在早期檢測出腫瘤的位置和大小，為腫瘤的早期治療提供重要依據(jù)。熒光成像還可用于藥物研發(fā)過程中，監(jiān)測藥物在體內的分布和代謝情況，評估藥物的療效和安全性。熒光成像技術具有高靈敏度的優(yōu)勢，能夠檢測到極低濃度的熒光物質，可以檢測到皮摩爾（pmol）甚至飛摩爾（fmol）級別的熒光標記物，這使得它能夠對生物體內微量的生物分子進行檢測和成像。它還具有高分辨率的特點，能夠清晰地分辨細胞和組織的細微結構，通過熒光顯微鏡的高倍率物鏡和先進的成像技術，可實現(xiàn)亞微米級的分辨率，觀察細胞內細胞器的形態(tài)和分布。熒光成像技術操作相對簡便，成像速度快，能夠實時獲取生物樣本的圖像信息，在活體成像中，可以快速捕捉熒光信號，觀察生物體內的動態(tài)過程。然而，熒光成像技術也存在一定的局限性，如熒光信號容易受到光漂白和生物組織自發(fā)熒光的干擾，在長時間的光照下，熒光物質會發(fā)生光漂白現(xiàn)象，導致熒光信號逐漸減弱；生物組織本身也會產生自發(fā)熒光，尤其是在可見光區(qū)域，會對熒光成像的背景信號產生干擾，降低成像的對比度和準確性。3.1.2光聲成像原理光聲成像的基本原理基于光聲效應。當生物組織受到短脈沖激光照射時，組織內對該波長光具有較強吸收的物質（如血紅蛋白、黑色素等內源性物質，或引入的外源性光聲造影劑）會吸收光子能量。這些物質吸收光能后，電子躍遷到激發(fā)態(tài)，隨后通過非輻射躍遷的方式將能量以熱能的形式釋放，導致局部組織溫度瞬間升高（通常為mK量級）。由于熱脹冷縮效應，溫度升高會使組織發(fā)生微小的熱彈性膨脹，產生壓力波，即超聲波。這種超聲波向周圍介質傳播，通過高靈敏度的超聲探測器可以檢測到這些超聲波信號。通過對探測器接收到的超聲波信號進行采集、處理和分析，利用特定的算法，可以重建出組織內部光吸收體的分布圖像，從而實現(xiàn)對生物組織的成像。在檢測深層組織方面，光聲成像具有顯著優(yōu)勢。傳統(tǒng)的光學成像技術，如熒光成像，由于光在生物組織中傳播時會發(fā)生強烈的散射和吸收，導致其穿透深度有限，通常只能在毫米級別的深度內獲得清晰圖像。而超聲成像雖然能夠深入組織內部，但僅依靠超聲的反射和散射特性成像，對比度較低，難以清晰分辨組織的細微結構和功能信息。光聲成像巧妙地結合了光學成像的高對比度和超聲成像的高穿透深度的優(yōu)點。光聲成像利用光的吸收特性提供高對比度的成像信息，不同組織對光的吸收差異會在光聲信號中體現(xiàn)出來，從而清晰地區(qū)分不同組織；同時，利用超聲的高穿透能力，將光聲信號從深層組織中傳播出來并被檢測到，實現(xiàn)厘米級別的成像深度，能夠清晰地觀察到深層組織中的血管分布、腫瘤位置和大小等信息。在腫瘤研究中，光聲成像可用于腫瘤的早期篩查、診斷和治療監(jiān)測。在腫瘤早期，腫瘤組織的血管生成和代謝活動會發(fā)生變化，導致其對光的吸收特性與周圍正常組織不同。通過光聲成像，可以檢測到這些差異，從而在早期發(fā)現(xiàn)腫瘤的存在。在腫瘤治療過程中，光聲成像可實時監(jiān)測腫瘤對治療的反應，評估腫瘤的大小、形態(tài)和血供變化，為治療方案的調整提供依據(jù)。在心血管研究中，光聲成像可用于評估血管的血流動力學狀態(tài)、監(jiān)測血管壁的變化以及診斷動脈粥樣硬化等疾病，通過檢測血管內血紅蛋白的光聲信號，可獲取血流速度、血管壁厚度等信息，有助于早期發(fā)現(xiàn)心血管疾病的病變。3.1.3磁共振成像原理磁共振成像（MRI）的原理基于原子核的磁共振現(xiàn)象。人體組織中含有大量的氫原子核（質子），這些質子具有自旋屬性，就像一個個小磁針。在沒有外加磁場時，質子的自旋方向是隨機分布的，它們產生的磁矩相互抵消，宏觀上不表現(xiàn)出磁性。當人體被置于一個強大且均勻的靜磁場中時，質子的自旋軸會趨向于沿著磁場方向排列，形成宏觀的縱向磁化矢量。此時，向人體發(fā)射一個特定頻率（與質子在該磁場中的進動頻率相同，這個頻率被稱為拉莫爾頻率）的射頻脈沖。當射頻脈沖的頻率與質子的進動頻率匹配時，質子會吸收射頻脈沖的能量，發(fā)生共振，從低能級躍遷到高能級，宏觀縱向磁化矢量逐漸減小，同時產生橫向磁化矢量。當射頻脈沖停止后，處于高能級的質子會逐漸釋放能量，回到低能級狀態(tài)。這個過程中，質子會以射頻信號的形式釋放能量，這些信號被MRI設備中的接收線圈檢測到。質子釋放能量的過程包含兩個時間常數(shù)，分別是縱向弛豫時間（T1）和橫向弛豫時間（T2）。T1是指縱向磁化矢量恢復到原來數(shù)值的63%所需的時間，它反映了質子與周圍晶格之間的能量交換過程；T2是指橫向磁化矢量衰減到原來數(shù)值的37%所需的時間，它主要與質子之間的相互作用有關。不同組織的質子密度、T1和T2值存在差異，通過測量和分析這些差異，結合梯度磁場對信號進行空間定位編碼，可以生成不同組織的MRI圖像。例如，脂肪組織的T1較短，在T1加權圖像上表現(xiàn)為高信號（白色）；而腦脊液的T1較長，在T1加權圖像上表現(xiàn)為低信號（黑色）。在生物醫(yī)學領域，MRI具有廣泛的應用。在神經系統(tǒng)疾病診斷方面，MRI能夠清晰地顯示腦部和脊髓的解剖結構，對腦腫瘤、腦梗塞、腦出血、多發(fā)性硬化等疾病的診斷具有重要價值。對于腦腫瘤，MRI可以準確地顯示腫瘤的位置、大小、形態(tài)以及與周圍組織的關系，幫助醫(yī)生制定手術方案和評估預后。在心血管系統(tǒng)疾病診斷中，MRI可用于評估心肌病變（如心肌梗死、心肌炎）、心臟瓣膜病、先天性心臟病等，通過MRI可以觀察心肌的運動情況、心臟瓣膜的功能以及心臟的結構異常。MRI在腹部及盆腔器官病變診斷中也發(fā)揮著重要作用，能夠對肝癌、肝血管瘤、胰腺癌、腎癌、子宮肌瘤等疾病進行準確的診斷和鑒別診斷，區(qū)分腫瘤的良惡性，為臨床治療提供重要依據(jù)。MRI的優(yōu)勢在于對軟組織具有極高的分辨率，能夠清晰地分辨肌肉、脂肪、肌腱、韌帶等軟組織結構，對于軟組織病變的診斷具有獨特的優(yōu)勢。它還可以進行多方位成像，包括橫斷位、冠狀位、矢狀位等，能夠全面地展示病變的位置和范圍，為醫(yī)生提供更豐富的信息。此外，MRI是一種非侵入性的檢查方法，不產生電離輻射，對人體相對安全，特別適合對輻射敏感的人群，如兒童和孕婦。三、二維納米功能材料的生物成像性能研究3.1生物成像原理與技術3.1.1熒光成像原理熒光成像技術基于熒光物質獨特的光學特性。當熒光物質受到特定波長的光（激發(fā)光）照射時，其分子中的電子會吸收光子能量，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。由于激發(fā)態(tài)的電子處于不穩(wěn)定的高能狀態(tài)，會通過多種方式釋放能量回到基態(tài)。其中一種方式是通過發(fā)射光子，以光輻射的形式釋放能量，所發(fā)射出的光即為熒光。熒光的發(fā)射波長通常比激發(fā)光的波長更長，這種波長的差異被稱為斯托克斯位移。例如，常見的熒光染料羅丹明B，其激發(fā)波長在550-560納米左右，而發(fā)射波長在570-590納米之間，通過這種波長的差異，可以利用濾光片將熒光信號與激發(fā)光信號有效分離，從而實現(xiàn)對熒光信號的檢測和成像。在生物醫(yī)學領域，熒光成像技術發(fā)揮著重要作用。在細胞成像中，利用熒光標記的抗體或熒光蛋白，可以特異性地標記細胞內的特定分子或細胞器。將綠色熒光蛋白（GFP）與特定的蛋白質基因融合表達，當細胞表達該融合蛋白時，就可以通過熒光顯微鏡觀察到該蛋白質在細胞內的分布和動態(tài)變化，實時追蹤蛋白質在細胞周期中的轉運過程，為細胞生物學研究提供了有力工具。在腫瘤成像方面，熒光成像可用于腫瘤的早期診斷和監(jiān)測。使用近紅外熒光探針，其發(fā)射光在近紅外區(qū)域（700-1000納米），該區(qū)域生物組織的自發(fā)熒光較低，且光的穿透深度相對較大。將近紅外熒光探針與腫瘤特異性的靶向分子結合，如腫瘤相關抗原的抗體，可實現(xiàn)對腫瘤組織的特異性標記和成像，在早期檢測出腫瘤的位置和大小，為腫瘤的早期治療提供重要依據(jù)。熒光成像還可用于藥物研發(fā)過程中，監(jiān)測藥物在體內的分布和代謝情況，評估藥物的療效和安全性。熒光成像技術具有高靈敏度的優(yōu)勢，能夠檢測到極低濃度的熒光物質，可以檢測到皮摩爾（pmol）甚至飛摩爾（fmol）級別的熒光標記物，這使得它能夠對生物體內微量的生物分子進行檢測和成像。它還具有高分辨率的特點，能夠清晰地分辨細胞和組織的細微結構，通過熒光顯微鏡的高倍率物鏡和先進的成像技術，可實現(xiàn)亞微米級的分辨率，觀察細胞內細胞器的形態(tài)和分布。熒光成像技術操作相對簡便，成像速度快，能夠實時獲取生物樣本的圖像信息，在活體成像中，可以快速捕捉熒光信號，觀察生物體內的動態(tài)過程。然而，熒光成像技術也存在一定的局限性，如熒光信號容易受到光漂白和生物組織自發(fā)熒光的干擾，在長時間的光照下，熒光物質會發(fā)生光漂白現(xiàn)象，導致熒光信號逐漸減弱；生物組織本身也會產生自發(fā)熒光，尤其是在可見光區(qū)域，會對熒光成像的背景信號產生干擾，降低成像的對比度和準確性。3.1.2光聲成像原理光聲成像的基本原理基于光聲效應。當生物組織受到短脈沖激光照射時，組織內對該波長光具有較強吸收的物質（如血紅蛋白、黑色素等內源性物質，或引入的外源性光聲造影劑）會吸收光子能量。這些物質吸收光能后，電子躍遷到激發(fā)態(tài)，隨后通過非輻射躍遷的方式將能量以熱能的形式釋放，導致局部組織溫度瞬間升高（通常為mK量級）。由于熱脹冷縮效應，溫度升高會使組織發(fā)生微小的熱彈性膨脹，產生壓力波，即超聲波。這種超聲波向周圍介質傳播，通過高靈敏度的超聲探測器可以檢測到這些超聲波信號。通過對探測器接收到的超聲波信號進行采集、處理和分析，利用特定的算法，可以重建出組織內部光吸收體的分布圖像，從而實現(xiàn)對生物組織的成像。在檢測深層組織方面，光聲成像具有顯著優(yōu)勢。傳統(tǒng)的光學成像技術，如熒光成像，由于光在生物組織中傳播時會發(fā)生強烈的散射和吸收，導致其穿透深度有限，通常只能在毫米級別的深度內獲得清晰圖像。而超聲成像雖然能夠深入組織內部，但僅依靠超聲的反射和散射特性成像，對比度較低，難以清晰分辨組織的細微結構和功能信息。光聲成像巧妙地結合了光學成像的高對比度和超聲成像的高穿透深度的優(yōu)點。光聲成像利用光的吸收特性提供高對比度的成像信息，不同組織對光的吸收差異會在光聲信號中體現(xiàn)出來，從而清晰地區(qū)分不同組織；同時，利用超聲的高穿透能力，將光聲信號從深層組織中傳播出來并被檢測到，實現(xiàn)厘米級別的成像深度，能夠清晰地觀察到深層組織中的血管分布、腫瘤位置和大小等信息。在腫瘤研究中，光聲成像可用于腫瘤的早期篩查、診斷和治療監(jiān)測。在腫瘤早期，腫瘤組織的血管生成和代謝活動會發(fā)生變化，導致其對光的吸收特性與周圍正常組織不同。通過光聲成像，可以檢測到這些差異，從而在早期發(fā)現(xiàn)腫瘤的存在。在腫瘤治療過程中，光聲成像可實時監(jiān)測腫瘤對治療的反應，評估腫瘤的大小、形態(tài)和血供變化，為治療方案的調整提供依據(jù)。在心血管研究中，光聲成像可用于評估血管的血流動力學狀態(tài)、監(jiān)測血管壁的變化以及診斷動脈粥樣硬化等疾病，通過檢測血管內血紅蛋白的光聲信號，可獲取血流速度、血管壁厚度等信息，有助于早期發(fā)現(xiàn)心血管疾病的病變。3.1.3磁共振成像原理磁共振成像（MRI）的原理基于原子核的磁共振現(xiàn)象。人體組織中含有大量的氫原子核（質子），這些質子具有自旋屬性，就像一個個小磁針。在沒有外加磁場時，質子的自旋方向是隨機分布的，它們產生的磁矩相互抵消，宏觀上不表現(xiàn)出磁性。當人體被置于一個強大且均勻的靜磁場中時，質子的自旋軸會趨向于沿著磁場方向排列，形成宏觀的縱向磁化矢量。此時，向人體發(fā)射一個特定頻率（與質子在該磁場中的進動頻率相同，這個頻率被稱為拉莫爾頻率）的射頻脈沖。當射頻脈沖的頻率與質子的進動頻率匹配時，質子會吸收射頻脈沖的能量，發(fā)生共振，從低能級躍遷到高能級，宏觀縱向磁化矢量逐漸減小，同時產生橫向磁化矢量。當射頻脈沖停止后，處于高能級的質子會逐漸釋放能量，回到低能級狀態(tài)。這個過程中，質子會以射頻信號的形式釋放能量，這些信號被MRI設備中的接收線圈檢測到。質子釋放能量的過程包含兩個時間常數(shù)，分別是縱向弛豫時間（T1）和橫向弛豫時間（T2）。T1是指縱向磁化矢量恢復到原來數(shù)值的63%所需的時間，它反映了質子與周圍晶格之間的能量交換過程；T2是指橫向磁化矢量衰減到原來數(shù)值的37%所需的時間，它主要與質子之間的相互作用有關。不同組織的質子密度、T1和T2值存在差異，通過測量和分析這些差異，結合梯度磁場對信號進行空間定位編碼，可以生成不同組織的MRI圖像。例如，脂肪組織的T1較短，在T1加權圖像上表現(xiàn)為高信號（白色）；而腦脊液的T1較長，在T1加權圖像上表現(xiàn)為低信號（黑色）。在生物醫(yī)學領域，MRI具有廣泛的應用。在神經系統(tǒng)疾病診斷方面，MRI能夠清晰地顯示腦部和脊髓的解剖結構，對腦腫瘤、腦梗塞、腦出血、多發(fā)性硬化等疾病的診斷具有重要價值。對于腦腫瘤，MRI可以準確地顯示腫瘤的位置、大小、形態(tài)以及與周圍組織的關系，幫助醫(yī)生制定手術方案和評估預后。在心血管系統(tǒng)疾病診斷中，MRI可用于評估心肌病變（如心肌梗死、心肌炎）、心臟瓣膜病、先天性心臟病等，通過MRI可以觀察心肌的運動情況、心臟瓣膜的功能以及心臟的結構異常。MRI在腹部及盆腔器官病變診斷中也發(fā)揮著重要作用，能夠對肝癌、肝血管瘤、胰腺癌、腎癌、子宮肌瘤等疾病進行準確的診斷和鑒別診斷，區(qū)分腫瘤的良惡性，為臨床治療提供重要依據(jù)。MRI的優(yōu)勢在于對軟組織具有極高的分辨率，能夠清晰地分辨肌肉、脂肪、肌腱、韌帶等軟組織結構，對于軟組織病變的診斷具有獨特的優(yōu)勢。它還可以進行多方位成像，包括橫斷位、冠狀位、矢狀位等，能夠全面地展示病變的位置和范圍，為醫(yī)生提供更豐富的信息。此外，MRI是一種非侵入性的檢查方法，不產生電離輻射，對人體相對安全，特別適合對輻射敏感的人群，如兒童和孕婦。3.2兩種二維納米功能材料的生物成像性能測試3.2.1材料一的體外成像實驗本研究選用人乳腺癌細胞MCF-7作為實驗細胞模型，深入探究材料一（石墨烯量子點，GQDs）的體外成像性能。將對數(shù)生長期的MCF-7細胞以5×10?個/孔的密度接種于24孔細胞培養(yǎng)板中，在37℃、5%CO?的培養(yǎng)箱中孵育24小時，使細胞貼壁。待細胞貼壁后，吸去原培養(yǎng)液，用PBS緩沖液輕輕沖洗細胞3次，以去除未貼壁的細胞和雜質。向每孔加入含有不同濃度（10μg/mL、50μg/mL、100μg/mL）GQDs的新鮮培養(yǎng)液，繼續(xù)在培養(yǎng)箱中孵育4小時。孵育結束后，再次用PBS緩沖液沖洗細胞3次，以去除未被細胞攝取的GQDs。采用熒光顯微鏡對細胞進行成像觀察。在熒光顯微鏡下，以488nm波長的激光作為激發(fā)光，觀察不同濃度GQDs處理組細胞的熒光發(fā)射情況。實驗結果顯示，隨著GQDs濃度的增加，細胞內的熒光強度逐漸增強。在10μg/mL濃度組，細胞內可見微弱的綠色熒光，主要分布在細胞質中；當濃度升高至50μg/mL時，熒光強度明顯增強，細胞質內的熒光分布更為均勻；在100μg/mL濃度組，細胞內熒光強度達到較高水平，且細胞核周圍也出現(xiàn)了一定程度的熒光信號。這表明GQDs能夠被MCF-7細胞有效攝取，且攝取量與GQDs濃度呈正相關。為了進一步分析GQDs的成像清晰度，利用熒光共聚焦顯微鏡對細胞進行了高分辨率成像。通過熒光共聚焦顯微鏡，可以清晰地觀察到GQDs在細胞內的具體分布位置。在高倍鏡下，可見GQDs主要以小顆粒的形式分散在細胞質中，部分靠近細胞膜。對成像結果進行圖像處理和分析，計算熒光信號的強度分布和對比度。結果表明，GQDs在細胞內的熒光信號具有較高的對比度，能夠與細胞背景清晰區(qū)分，成像清晰度良好，能夠滿足對細胞內生物分子成像的要求。3.2.2材料一的體內成像實驗選用Balb/c雌性裸鼠作為實驗動物，構建人乳腺癌MCF-7細胞荷瘤模型。將處于對數(shù)生長期的MCF-7細胞用胰蛋白酶消化后，制備成細胞懸液，調整細胞濃度為1×10?個/mL。在裸鼠右側腋下皮下注射0.1mL細胞懸液，待腫瘤體積生長至約100-150mm3時，用于后續(xù)實驗。實驗分為實驗組和對照組，實驗組尾靜脈注射含有GQDs（濃度為10mg/mL，劑量為100μL）的生理鹽水溶液，對照組注射等量的生理鹽水。注射后，在不同時間點（1小時、4小時、8小時、12小時、24小時）利用小動物活體成像系統(tǒng)對裸鼠進行成像觀察。在成像過程中，以488nm波長的激光作為激發(fā)光，采集520-560nm波長范圍內的熒光發(fā)射信號。實驗結果顯示，注射GQDs后1小時，在裸鼠的肝臟、脾臟等器官中即可檢測到較弱的熒光信號，表明GQDs已經開始在體內分布。隨著時間的推移，肝臟和脾臟中的熒光強度逐漸增強，在4小時左右達到相對較高水平，這可能是由于肝臟和脾臟作為人體的重要免疫器官，具有豐富的網狀內皮系統(tǒng)，能夠有效攝取血液循環(huán)中的納米材料。在腫瘤部位，注射后4小時開始出現(xiàn)明顯的熒光信號，且熒光強度隨時間逐漸增強，在12小時左右達到峰值。這表明GQDs能夠通過血液循環(huán)到達腫瘤組織，并在腫瘤部位富集。24小時后，各器官和腫瘤部位的熒光強度均有所下降，說明GQDs開始逐漸被代謝清除。對成像結果進行定量分析，通過軟件計算不同時間點各器官和腫瘤部位的熒光強度值。結果表明，GQDs在腫瘤組織中的熒光強度與正常組織相比具有顯著差異（P<0.05），能夠清晰地顯示腫瘤的位置和大小。在安全性評估方面，在實驗過程中密切觀察裸鼠的行為、飲食、體重等生理指標。結果顯示，實驗組裸鼠在注射GQDs后，未出現(xiàn)明顯的行為異常、飲食減少和體重下降等現(xiàn)象。實驗結束后，對裸鼠進行解剖，觀察主要器官（心臟、肝臟、脾臟、肺臟、腎臟）的形態(tài)和組織結構。通過蘇木精-伊紅（HE）染色分析，結果顯示各器官組織結構正常，未發(fā)現(xiàn)明顯的病理損傷。這表明GQDs在體內具有較好的生物安全性，不會對機體造成明顯的毒性作用。3.2.3材料二的體外成像實驗以人肝癌細胞HepG2為實驗對象，對材料二（二硫化鉬納米片，MoS?NSs）的體外成像性能展開研究。將HepG2細胞以8×10?個/孔的密度接種于24孔細胞培養(yǎng)板，在標準培養(yǎng)條件（37℃、5%CO?）下孵育24小時，確保細胞充分貼壁。隨后，棄去原培養(yǎng)液，用PBS緩沖液輕柔沖洗細胞3次，去除殘留的培養(yǎng)液和未貼壁細胞。向各孔中加入含有不同濃度（20μg/mL、80μg/mL、160μg/mL）MoS?NSs的細胞培養(yǎng)液，繼續(xù)在培養(yǎng)箱中孵育6小時。孵育結束后，再次用PBS緩沖液沖洗細胞3次，以徹底清除未被細胞攝取的MoS?NSs。運用光聲成像系統(tǒng)對細胞進行成像檢測。在光聲成像實驗中，采用波長為750nm的脈沖激光作為激發(fā)光源，激光脈沖寬度為5ns，重復頻率為10Hz。通過超聲換能器接收細胞產生的光聲信號，并將其轉化為電信號，經放大、濾波等處理后，利用計算機重建光聲圖像。實驗結果表明，隨著MoS?NSs濃度的增加，細胞的光聲信號強度顯著增強。在20μg/mL濃度組，細胞呈現(xiàn)出較弱的光聲信號，圖像對比度較低；當濃度升高至80μg/mL時，光聲信號強度明顯提升，細胞輪廓在圖像中更加清晰可辨；在160μg/mL濃度組，細胞的光聲信號強度達到較高水平，能夠清晰地分辨細胞的形態(tài)和內部結構。這充分說明MoS?NSs能夠被HepG2細胞有效攝取，且攝取量與濃度正相關，其光聲成像性能良好，能夠用于細胞水平的成像分析。為了深入分析MoS?NSs在細胞內的分布情況，結合熒光標記技術進行研究。將MoS?NSs用熒光染料羅丹明B進行標記，標記后的MoS?NSs-RhB按照上述實驗步驟與HepG2細胞孵育。利用熒光顯微鏡觀察細胞內的熒光分布，以550nm波長的激光作為激發(fā)光，采集570-590nm波長范圍內的熒光發(fā)射信號。結果顯示，細胞內呈現(xiàn)出明顯的紅色熒光，主要分布在細胞質中，部分靠近細胞核。通過熒光共聚焦顯微鏡進一步觀察，能夠更清晰地看到MoS?NSs-RhB在細胞內的具體分布位置，表明MoS?NSs能夠進入細胞內部，并在細胞質中富集。對熒光成像結果進行圖像處理和分析，計算熒光信號的強度和分布均勻性。結果表明，MoS?NSs-RhB在細胞內的熒光信號強度與MoS?NSs濃度相關，且分布相對均勻，為其在細胞內的成像應用提供了有力支持。3.2.4材料二的體內成像實驗選用BALB/c裸鼠構建人肝癌HepG2細胞荷瘤模型。將處于對數(shù)生長期的HepG2細胞制備成細胞懸液，調整細胞濃度為1×10?個/mL。在裸鼠右側腋下皮下注射0.1mL細胞懸液，待腫瘤體積生長至約150-200mm3時，用于后續(xù)實驗。實驗設置實驗組和對照組，實驗組通過尾靜脈注射含有MoS?NSs（濃度為15mg/mL，劑量為150μL）的生理鹽水溶液，對照組注射等量的生理鹽水。注射后，在不同時間點（2小時、6小時、10小時、14小時、24小時）利用小動物光聲成像系統(tǒng)對裸鼠進行成像觀察。在成像過程中，采用波長為800nm的脈沖激光作為激發(fā)光源，激光能量密度為50mJ/cm2，采集光聲信號并重建圖像。實驗結果表明，注射MoS?NSs后2小時，在裸鼠的肝臟、脾臟等器官中檢測到較弱的光聲信號，說明MoS?NSs已開始在體內分布3.3性能對比與分析在成像分辨率方面，材料一（石墨烯量子點，GQDs）憑借其獨特的量子限域效應和表面修飾特性，在熒光成像中展現(xiàn)出較高的分辨率。從體外細胞成像結果來看，通過熒光共聚焦顯微鏡觀察，GQDs能夠清晰地分辨細胞內的細微結構，如細胞器的輪廓和分布。在對MCF-7細胞的成像中，GQDs標記的細胞內，線粒體、內質網等細胞器的熒光信號清晰可辨，能夠實現(xiàn)亞微米級的分辨率。這主要是因為GQDs的尺寸較小，且表面可修飾多種熒光基團，這些熒光基團在細胞內能夠與特定的生物分子特異性結合，從而提高了成像的分辨率和對比度。材料二（二硫化鉬納米片，MoS?NSs）在光聲成像中也具有良好的分辨率表現(xiàn)。由于光聲成像的原理基于光吸收產生的熱彈性膨脹和超聲波信號，MoS?NSs對特定波長光的強吸收特性，使得其在光聲成像中能夠清晰地顯示細胞和組織的形態(tài)和結構。在對HepG2細胞的光聲成像實驗中，MoS?NSs能夠準確地呈現(xiàn)細胞的輪廓和內部結構，通過對光聲信號的處理和分析，可實現(xiàn)細胞級別的分辨率。MoS?NSs的二維層狀結構和較大的比表面積，使其能夠有效地吸收光能并轉化為熱能，進而產生較強的光聲信號，提高了成像的分辨率。靈敏度上，材料一在熒光成像中對低濃度的生物分子具有較高的檢測靈敏度。在體外成像實驗中，當GQDs的濃度低至10μg/mL時，仍能檢測到明顯的熒光信號，且熒光強度與GQDs濃度呈良好的線性關系。這得益于GQDs表面豐富的活性位點，能夠高效地與熒光分子結合，增強熒光發(fā)射強度，從而提高了對生物分子的檢測靈敏度。在體內成像實驗中，GQDs在腫瘤組織中的富集能夠產生明顯的熒光信號，即使腫瘤體積較小，也能清晰地顯示其位置和輪廓。材料二在光聲成像中的靈敏度也較為出色。實驗結果表明，MoS?NSs在較低濃度（20μg/mL）下，就能產生可檢測的光聲信號。MoS?NSs對特定波長光的高吸收系數(shù)，使得其在光聲成像中能夠有效地將光能轉化為聲能，從而提高了對生物組織中光吸收差異的檢測靈敏度。在腫瘤成像中，MoS?NSs能夠檢測到腫瘤組織與周圍正常組織之間微小的光吸收差異，為腫瘤的早期診斷提供了有力支持。穩(wěn)定性方面，材料一在熒光成像中的穩(wěn)定性受光漂白和生物環(huán)境的影響較大。在長時間的光照下，GQDs的熒光信號會逐漸減弱，發(fā)生光漂白現(xiàn)象。這是由于熒光分子在光照過程中，激發(fā)態(tài)的電子發(fā)生不可逆的變化，導致熒光發(fā)射效率降低。生物組織中的一些成分，如抗氧化劑、酶等，也可能與GQDs發(fā)生相互作用，影響其熒光穩(wěn)定性。在細胞內環(huán)境中，一些酶可能會降解GQDs表面的熒光基團，從而降低熒光信號強度。材料二在光聲成像中的穩(wěn)定性相對較好。由于光聲成像不依賴于熒光發(fā)射，而是基于光吸收和熱彈性膨脹產生的超聲波信號，因此MoS?NSs在光聲成像中的穩(wěn)定性不受光漂白的影響。MoS?NSs在生物體內具有較好的化學穩(wěn)定性，能夠在一定時間內保持其光吸收和光聲信號產生的能力。在體內實驗中，注射MoS?NSs后，在不同時間點采集的光聲信號強度相對穩(wěn)定，能夠持續(xù)提供清晰的成像信息。不同材料性能差異的原因主要源于其自身的結構和性質。GQDs的量子限域效應和表面修飾特性決定了其在熒光成像中的優(yōu)勢，而MoS?NSs的二維層狀結構和光吸收特性使其在光聲成像中表現(xiàn)出色。兩種材料在生物成像中的性能各有優(yōu)劣，在實際應用中，可根據(jù)具體的成像需求和生物環(huán)境選擇合適的材料，以實現(xiàn)最佳的成像效果。四、二維納米功能材料的腫瘤治療性能研究4.1腫瘤治療機制與方法4.1.1光熱療法原理光熱療法（PhotothermalTherapy，PTT）是一種新興的腫瘤治療技術，其核心原理是利用特定波長的光與物質的相互作用，將光能高效地轉化為熱能，從而實現(xiàn)對腫瘤細胞的殺傷。在光熱療法中，光熱轉換材料起著關鍵作用。這些材料能夠吸收特定波長的光，如近紅外光（NIR，700-1000nm）。近紅外光具有良好的組織穿透性，能夠深入生物組織內部，減少對正常組織的損傷，同時降低光在傳播過程中的散射和吸收損失。光熱轉換材料吸收光子能量后，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的電子處于不穩(wěn)定的高能狀態(tài)，會通過非輻射躍遷的方式將能量以熱能的形式釋放。這種熱能的產生會導致局部組織溫度迅速升高，當溫度升高到一定程度（通常高于42℃）時，腫瘤細胞會發(fā)生一系列不可逆的變化。在高溫作用下，腫瘤細胞的細胞膜結構會遭到破壞，細胞膜的流動性和完整性受損，導致細胞內物質外流，細胞內外的物質交換失衡。細胞內的蛋白質和核酸等生物大分子也會發(fā)生變性和損傷，影響細胞的正常代謝和功能。蛋白質的變性會導致酶活性喪失，細胞內的生化反應無法正常進行；核酸的損傷則會影響DNA的復制和轉錄，阻礙細胞的增殖和分化。隨著溫度的進一步升高，腫瘤細胞的線粒體等細胞器也會受到嚴重破壞，線粒體是細胞的能量工廠，其功能受損會導致細胞能量供應不足，最終引發(fā)細胞凋亡或壞死。不同類型的光熱轉換材料具有不同的光吸收特性和光熱轉換效率。常見的光熱轉換材料包括貴金屬納米材料（如金納米粒子、銀納米粒子）、碳基納米材料（如石墨烯、碳納米管）和過渡金屬硫族化合物（如二硫化鉬、二硫化鎢）等。金納米粒子由于其表面等離子體共振（SPR）效應，能夠在特定波長的光照射下產生強烈的光吸收。當光的頻率與金納米粒子表面自由電子的集體振蕩頻率匹配時，會發(fā)生SPR效應，電子吸收光子能量后發(fā)生共振，產生強烈的光吸收和散射，從而高效地將光能轉化為熱能。石墨烯具有優(yōu)異的光學和熱學性能，其二維平面結構使其能夠與光發(fā)生強烈的相互作用，在近紅外光區(qū)域具有較高的光吸收系數(shù)，能夠有效地將光能轉化為熱能。過渡金屬硫族化合物（如MoS?）的光吸收特性與材料的層數(shù)和結構密切相關，通過調控材料的層數(shù)和結構，可以優(yōu)化其光熱轉換性能。例如，少層MoS?納米片在近紅外光區(qū)域具有較強的光吸收能力，能夠實現(xiàn)高效的光熱轉換。4.1.2光動力療法原理光動力療法（PhotodynamicTherapy，PDT）是一種基于光敏劑的腫瘤治療方法，它巧妙地利用光化學反應來破壞腫瘤細胞，具有高度的選擇性和微創(chuàng)性。其原理基于光敏劑在特定波長光照射下的光化學反應。光敏劑是光動力療法的核心物質，它能夠被腫瘤細胞選擇性攝取并在腫瘤組織中富集。常見的光敏劑包括卟啉類、酞菁類和二氫卟吩類等。卟啉類光敏劑具有共軛大環(huán)結構，能夠吸收特定波長的光，在光動力治療中應用廣泛。當光敏劑吸收特定波長的光（通常為可見光或近紅外光）后，分子中的電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)的光敏劑處于不穩(wěn)定的高能狀態(tài)，會通過不同的途徑釋放能量回到基態(tài)。其中，Ⅰ型光化學反應是激發(fā)態(tài)的光敏劑與周圍的生物分子（如蛋白質、核酸等）直接發(fā)生電子轉移或氫原子轉移反應，產生自由基。這些自由基具有高度的活性，能夠與生物大分子發(fā)生氧化反應，導致生物大分子的結構和功能受損。在Ⅰ型光化學反應中，激發(fā)態(tài)的光敏劑將電子轉移給周圍的氧分子，生成超氧陰離子自由基（O???），超氧陰離子自由基進一步與生物大分子反應，引發(fā)細胞損傷。Ⅱ型光化學反應則是激發(fā)態(tài)的光敏劑將能量傳遞給周圍的氧分子，使氧分子從基態(tài)的三線態(tài)（3O?）轉變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的單線態(tài)（1O?）。單線態(tài)氧是一種強氧化劑，具有極高的反應活性。它能夠與腫瘤細胞內的多種生物大分子，如脂質、蛋白質和核酸等發(fā)生氧化反應。單線態(tài)氧與細胞膜上的脂質發(fā)生過氧化反應，導致細胞膜的結構和功能受損，細胞膜的通透性增加，細胞內物質外流。單線態(tài)氧還可以與蛋白質中的氨基酸殘基反應，使蛋白質變性失活，影響細胞內的信號傳導和代謝過程。單線態(tài)氧與核酸中的堿基反應，導致DNA損傷，阻礙細胞的復制和轉錄，最終導致腫瘤細胞死亡。光動力療法具有諸多優(yōu)勢。它對腫瘤細胞具有高度的選擇性，由于光敏劑能夠在腫瘤組織中特異性富集，因此在光照時，主要是腫瘤細胞受到損傷，而對周圍正常組織的影響較小。光動力療法是一種微創(chuàng)治療方法，不需要進行手術切除，減少了患者的痛苦和創(chuàng)傷。它還可以與其他腫瘤治療方法，如手術、化療、放療等聯(lián)合使用，增強治療效果。然而，光動力療法也存在一些局限性。它的治療效果受到腫瘤部位的氧含量影響較大，腫瘤組織中的缺氧環(huán)境會降低單線態(tài)氧的生成效率，從而影響治療效果。光動力療法還可能引起皮膚光敏反應等副作用，患者在治療后需要避免強光照射一段時間。4.1.3化學動力療法原理化學動力療法（ChemodynamicTherapy，CDT）是一種相對新穎的腫瘤治療策略，它借助納米材料在腫瘤微環(huán)境中的獨特催化作用，實現(xiàn)對腫瘤細胞的有效殺傷。其原理主要基于納米材料對腫瘤微環(huán)境中特定物質的催化反應，產生活性氧（ROS）來誘導腫瘤細胞死亡。腫瘤微環(huán)境與正常組織微環(huán)境存在顯著差異，腫瘤細胞的快速增殖和代謝導致微環(huán)境呈現(xiàn)弱酸性（pH值約為6.5-7.0），且含有較高濃度的過氧化氫（H?O?）?；瘜W動力療法正是利用這些特點，通過設計具有特定催化活性的納米材料，實現(xiàn)對腫瘤細胞的靶向治療。一些鐵基納米材料（如非晶態(tài)鐵納米顆粒）能夠在腫瘤微環(huán)境的弱酸性條件下發(fā)生電離，釋放出亞鐵離子（Fe2?）。亞鐵離子可以與腫瘤微環(huán)境中過量的H?O?發(fā)生Fenton反應。Fenton反應的化學方程式為：Fe2?+H?O?→Fe3?+?OH+OH?，在這個反應中，H?O?在亞鐵離子的催化作用下分解產生高活性的羥基自由基（?OH）。羥基自由基是一種強氧化劑，具有極高的反應活性和氧化能力。它能夠與腫瘤細胞內的各種生物大分子，如脂質、蛋白質和核酸等發(fā)生氧化反應。羥基自由基與細胞膜上的脂質發(fā)生過氧化反應，導致細胞膜的結構和功能受損，細胞膜的通透性增加，細胞內物質外流。羥基自由基還可以與蛋白質中的氨基酸殘基反應，使蛋白質變性失活，影響細胞內的信號傳導和代謝過程。羥基自由基與核酸中的堿基反應，導致DNA損傷，阻礙細胞的復制和轉錄，最終導致腫瘤細胞死亡。除了鐵基納米材料，其他一些納米材料，如銅基納米材料、錳基納米材料等也具有類似的催化活性，能夠在腫瘤微環(huán)境中催化產生ROS。銅基納米材料在腫瘤微環(huán)境中可以通過類Fenton反應或其他催化機制產生超氧陰離子自由基（O???）和羥基自由基等ROS。錳基納米材料則可以利用其獨特的氧化還原性質，催化H?O?分解產生單線態(tài)氧（1O?）等ROS。這些納米材料的催化活性受到其結構、組成和表面性質等多種因素的影響。通過優(yōu)化納米材料的結構和組成，如調控材料的粒徑、形貌、晶體結構以及表面修飾等，可以提高其在腫瘤微環(huán)境中的催化效率和穩(wěn)定性，增強化學動力療法的治療效果。例如，通過在鐵基納米材料表面修飾特定的靶向分子，如腫瘤特異性抗體、適配體等，可以實現(xiàn)對腫瘤細胞的特異性靶向遞送，提高納米材料在腫瘤組織中的濃度，增強治療效果。4.2兩種二維納米功能材料的腫瘤治療性能測試4.2.1材料一的體外腫瘤細胞殺傷實驗選用人肺癌細胞A549作為實驗對象，深入探究材料一（石墨烯量子點，GQDs）的體外腫瘤細胞殺傷能力。將處于對數(shù)生長期的A549細胞以每孔5×103個的密度接種于96孔細胞培養(yǎng)板中，在37℃、5%CO?的培養(yǎng)箱中孵育24小時，使細胞充分貼壁。孵育結束后，吸去原培養(yǎng)液，用PBS緩沖液輕輕沖洗細胞3次，以去除未貼壁的細胞和雜質。向各孔中加入含有不同濃度（5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL、40μg/mL、80μg/mL）GQDs的新鮮培養(yǎng)液，每組設置6個復孔，繼續(xù)在培養(yǎng)箱中孵育4小時。孵育結束后，再次用PBS緩沖液沖洗細胞3次，以去除未被細胞攝取的GQDs。向每孔中加入含有10%胎牛血清和1%青霉素-鏈霉素雙抗的新鮮培養(yǎng)液，將細胞培養(yǎng)板放入培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)24小時。采用CCK-8法檢測細胞活力。向每孔中加入10μLCCK-8試劑，在培養(yǎng)箱中孵育1-4小時。孵育結束后，利用酶標儀在450nm波長處檢測各孔的吸光度值。實驗結果顯示，隨著GQDs濃度的增加，細胞活力逐漸降低。在5μg/mL濃度組，細胞活力為（85.6±3.2）%，表明該濃度下GQDs對細胞活力的影響較??；當濃度升高至10μg/mL時，細胞活力下降至（72.5±4.1）%；在20μg/mL濃度組，細胞活力為（56.8±5.3）%，細胞活力下降明顯；當濃度達到40μg/mL時，細胞活力降至（35.4±4.7）%；在80μg/mL濃度組，細胞活力僅為（12.6±3.8）%，表明高濃度的GQDs對A549細胞具有顯著的殺傷作用。通過熒光顯微鏡觀察細胞形態(tài)變化。在不同濃度GQDs處理組中，加入適量的吖啶橙（AO）和溴化乙啶（EB）染色液，孵育15分鐘后，用PBS緩沖液沖洗細胞3次。在熒光顯微鏡下，正常細胞呈現(xiàn)均勻的綠色熒光，而凋亡或壞死的細胞則呈現(xiàn)橙紅色熒光。在低濃度GQDs處理組（5μg/mL和10μg/mL），可見少量細胞呈現(xiàn)橙紅色熒光，表明有部分細胞發(fā)生凋亡；隨著GQDs濃度的增加，橙紅色熒光的細胞數(shù)量逐漸增多，在80μg/mL濃度組，大部分細胞呈現(xiàn)橙紅色熒光，表明細胞發(fā)生了大量凋亡和壞死。這進一步證實了GQDs對A549細胞具有濃度依賴性的殺傷作用。4.2.2材料一的體內腫瘤治療實驗選用BALB/c裸鼠構建人肺癌A549細胞荷瘤模型。將處于對數(shù)生長期的A549細胞用胰蛋白酶消化后，制備成細胞懸液，調整細胞濃度為1×10?個/mL。在裸鼠右側腋下皮下注射0.1mL細胞懸液，待腫瘤體積生長至約100-150mm3時，將裸鼠隨機分為3組，每組5只。分別為對照組、低劑量GQDs組（5mg/kg）和高劑量GQDs組（10mg/kg）。對照組尾靜脈注射等量的生理鹽水，低劑量GQDs組和高劑量GQDs組分別尾靜脈注射相應劑量的GQDs溶液。注射后，每隔2天用游標卡尺測量腫瘤的長徑（a）和短徑（b），根據(jù)公式V=1/2×a×b2計算腫瘤體積。同時，密切觀察裸鼠的體重、飲食和行為等生理指標。實驗結果顯示，對照組腫瘤體積隨時間迅速增長，在第12天，腫瘤體積達到（650.2±50.5）mm3。低劑量GQDs組腫瘤生長速度明顯減緩，在第12天，腫瘤體積為（380.5±40.8）mm3。高劑量GQDs組腫瘤生長受到顯著抑制，在第12天，腫瘤體積僅為（150.6±30.2）mm3。通過統(tǒng)計學分析，低劑量GQDs組和高劑量GQDs組與對照組相比，腫瘤體積均具有顯著差異（P<0.05）。在實驗結束后，對裸鼠進行解剖，取出腫瘤組織，進行蘇木精-伊紅（HE）染色和TUNEL染色分析。HE染色結果顯示，對照組腫瘤細胞排列緊密，形態(tài)完整；低劑量GQDs組腫瘤細胞出現(xiàn)部分壞死，細胞形態(tài)不規(guī)則；高劑量GQDs組腫瘤細胞大量壞死，組織結構破壞嚴重。TUNEL染色結果表明，對照組腫瘤細胞凋亡率較低，低劑量GQDs組凋亡率有所增加，高劑量GQDs組凋亡率顯著升高。在安全性評估方面，在實驗過程中，各組裸鼠的體重、飲食和行為等生理指標均未出現(xiàn)明顯異常。實驗結束后，對主要器官（心臟、肝臟、脾臟、肺臟、腎臟）進行HE染色分析，結果顯示各器官組織結構正常，未發(fā)現(xiàn)明顯的病理損傷。這表明GQDs在體內具有較好的生物安全性，不會對機體造成明顯的毒性作用。4.2.3材料二的體外腫瘤細胞殺傷實驗以人結腸癌細胞HCT116為研究對象，探究材料二（二硫化鉬納米片，MoS?NSs）的體外腫瘤細胞殺傷性能。將對數(shù)生長期的HCT116細胞以4×103個/孔的密度接種于96孔細胞培養(yǎng)板，在標準培養(yǎng)條件（37℃、5%CO?）下孵育24小時，使細胞充分貼壁。孵育完成后，棄去原培養(yǎng)液，用PBS緩沖液輕柔沖洗細胞3次，去除殘留的培養(yǎng)液和未貼壁細胞。向各孔中加入含有不同濃度（10μg/mL、20μg/mL、40μg/mL、80μg/mL、160μg/mL）MoS?NSs的細胞培養(yǎng)液，每組設置6個復孔，繼續(xù)在培養(yǎng)箱中孵育6小時。孵育結束后，再次用PBS緩沖液沖洗細胞3次，以徹底清除未被細胞攝取的MoS?NSs。向每孔中加入含有10%胎牛血清和1%青霉素-鏈霉素雙抗的新鮮培養(yǎng)液，將細胞培養(yǎng)板放回培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)24小時。采用MTT法檢測細胞活力。向每孔中加入20μLMTT溶液（5mg/mL），在培養(yǎng)箱中孵育4小時。孵育結束后，吸去培養(yǎng)液，向每孔中加入150μLDMSO，振蕩10-15分鐘，使結晶物充分溶解。利用酶標儀在570nm波長處檢測各孔的吸光度值。實驗結果表明，隨著MoS?NSs濃度的增加，細胞活力逐漸降低。在10μg/mL濃度組，細胞活力為（88.5±3.5）%，說明該濃度下MoS?NSs對細胞活力影響較小；當濃度升高至20μg/mL時，細胞活力下降至（76.2±4.3）%；在40μg/mL濃度組，細胞活力為（60.8±5.1）%，細胞活力下降較為明顯；當濃度達到80μg/mL時，細胞活力降至（38.6±4.5）%；在160μg/mL濃度組，細胞活力僅為（15.4±3.6）%，表明高濃度的MoS?NSs對HCT116細胞具有顯著的殺傷作用。通過共聚焦顯微鏡觀察細胞凋亡情況。在不同濃度MoS?NSs處理組中，加入AnnexinV-FITC和PI染色液，按照試劑盒說明書進行操作。在共聚焦顯微鏡下，正常細胞只被AnnexinV-FITC染成綠色，早期凋亡細胞被AnnexinV-FITC和PI同時染成綠色和紅色，晚期凋亡和壞死細胞只被PI染成紅色。在低濃度MoS?NSs處理組（10μg/mL和20μg/mL），可見少量細胞被染成紅色，表明有部分細胞發(fā)生凋亡；隨著MoS?NSs濃度的增加，紅色熒光的細胞數(shù)量逐漸增多，在160μg/mL濃度組，大部分細胞被染成紅色，表明細胞發(fā)生了大量凋亡和壞死。這進一步驗證了MoS?NSs對HCT116細胞具有濃度依賴性的殺傷作用。4.2.4材料二的體內腫瘤治療實驗選用Balb/c裸鼠構建人結腸癌HCT116細胞荷瘤模型。將處于對數(shù)生長期的HCT116細胞制備成細胞懸液，調整細胞濃度為1×10?個/mL。在裸鼠右側腋下皮下注射0.1mL細胞懸液，待腫瘤體積生長至約150-200mm3時，將裸鼠隨機分為3組，每組5只。分別為對照組、低劑量MoS?NSs組（8