少層二硫化鉬：從光學(xué)性能剖析到壓電催化腫瘤治療應(yīng)用的深度探究一、引言1.1研究背景與意義腫瘤，作為嚴(yán)重威脅人類健康與生命的重大疾病，近年來(lái)其發(fā)病率和死亡率呈現(xiàn)出顯著上升的趨勢(shì)，給社會(huì)和家庭帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）發(fā)布的2020年全球最新癌癥負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)顯示，全球新發(fā)癌癥病例1929萬(wàn)例，死亡病例996萬(wàn)例。在中國(guó)，每年新發(fā)癌癥病例約457萬(wàn)例，死亡病例約300萬(wàn)例，且這一數(shù)字仍在持續(xù)增長(zhǎng)。當(dāng)前，腫瘤治療的主要手段包括手術(shù)、化療、放療、免疫治療和靶向治療等。手術(shù)治療雖能直接切除腫瘤組織，但對(duì)于一些晚期或轉(zhuǎn)移性腫瘤，手術(shù)往往難以徹底清除癌細(xì)胞，且術(shù)后容易復(fù)發(fā)；化療通過(guò)使用化學(xué)藥物抑制或殺死癌細(xì)胞，但這些藥物在作用于腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，也會(huì)對(duì)正常細(xì)胞造成損傷，引發(fā)嚴(yán)重的副作用，如脫發(fā)、惡心、嘔吐、免疫力下降等，給患者帶來(lái)極大的痛苦；放療利用高能射線殺死癌細(xì)胞，但同樣會(huì)對(duì)周圍正常組織產(chǎn)生輻射損傷，導(dǎo)致放射性炎癥、器官功能障礙等并發(fā)癥；免疫治療和靶向治療雖具有較高的特異性，但部分患者對(duì)這些治療方法并不敏感，且長(zhǎng)期使用可能會(huì)產(chǎn)生耐藥性。這些傳統(tǒng)治療方法的局限性，使得腫瘤治療效果難以達(dá)到理想狀態(tài)，患者的生存率和生活質(zhì)量亟待提高。隨著納米技術(shù)和材料科學(xué)的迅速發(fā)展，新型納米材料在腫瘤治療領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。少層二硫化鉬（few-layermolybdenumdisulfide，F(xiàn)L-MoS?）作為一種新型的二維納米材料，因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如高比表面積、良好的光學(xué)性能、壓電性能和生物相容性等，近年來(lái)在腫瘤治療領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。在光學(xué)性能方面，少層二硫化鉬在近紅外區(qū)域具有較強(qiáng)的光吸收能力，可作為光熱轉(zhuǎn)換材料用于腫瘤的光熱治療（PhotothermalTherapy，PTT）。當(dāng)受到近紅外光照射時(shí)，少層二硫化鉬能夠吸收光能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，使腫瘤組織局部溫度升高，從而達(dá)到殺死癌細(xì)胞的目的。與傳統(tǒng)治療方法相比，光熱治療具有非侵入性、靶向性強(qiáng)、副作用小等優(yōu)點(diǎn)，能夠在不損傷周圍正常組織的前提下，有效治療腫瘤。此外，少層二硫化鉬還可作為光敏劑用于腫瘤的光動(dòng)力治療（PhotodynamicTherapy，PDT）。在光動(dòng)力治療中，少層二硫化鉬在特定波長(zhǎng)光的照射下，能夠產(chǎn)生單線態(tài)氧等活性氧物種（ReactiveOxygenSpecies，ROS），這些活性氧具有強(qiáng)氧化性，可破壞癌細(xì)胞的細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子，從而誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。光動(dòng)力治療具有選擇性高、可重復(fù)治療等優(yōu)勢(shì)，為腫瘤治療提供了一種新的策略。少層二硫化鉬的壓電性能也為腫瘤治療開(kāi)辟了新的途徑。壓電催化是一種利用壓電材料在機(jī)械應(yīng)力作用下產(chǎn)生的壓電電荷來(lái)驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的技術(shù)。少層二硫化鉬在受到超聲、機(jī)械振動(dòng)等外界機(jī)械刺激時(shí)，會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)，在材料表面產(chǎn)生正負(fù)電荷，這些電荷可與周圍環(huán)境中的水分子或氧氣分子發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的活性氧物種，如羥基自由基（?OH）和超氧陰離子自由基（?O??）等。這些活性氧能夠氧化破壞癌細(xì)胞的生物分子，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。壓電催化治療具有無(wú)需外加化學(xué)試劑、可在溫和條件下進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，有望成為一種新型的腫瘤治療方法。將少層二硫化鉬的光學(xué)性能和壓電催化性能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)腫瘤的多模態(tài)協(xié)同治療，能夠充分發(fā)揮不同治療方式的優(yōu)勢(shì)，提高腫瘤治療效果。例如，在光熱治療的基礎(chǔ)上，結(jié)合壓電催化治療，可在近紅外光照射產(chǎn)生熱效應(yīng)的同時(shí)，利用超聲等機(jī)械刺激激發(fā)少層二硫化鉬的壓電催化活性，產(chǎn)生更多的活性氧物種，增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。這種多模態(tài)協(xié)同治療策略不僅能夠提高治療效率，還能夠降低單一治療方法的劑量和副作用，為腫瘤治療提供了一種更安全、有效的治療方案。綜上所述，研究少層二硫化鉬的光學(xué)性能及壓電催化在腫瘤治療中的應(yīng)用具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)深入探究少層二硫化鉬的光學(xué)和壓電催化特性，開(kāi)發(fā)基于少層二硫化鉬的新型腫瘤診療劑和治療技術(shù)，有望為腫瘤治療提供新的策略和方法，提高腫瘤患者的生存率和生活質(zhì)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在光學(xué)性能研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)少層二硫化鉬開(kāi)展了大量工作。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，少層二硫化鉬的光吸收特性隨層數(shù)的減少而增強(qiáng)，特別是在近紅外區(qū)域，其光吸收系數(shù)顯著提高，這為其在光熱治療中的應(yīng)用提供了有力的理論支持。國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合的方法，深入研究了少層二硫化鉬的光熱轉(zhuǎn)換機(jī)制，揭示了其內(nèi)部電子-聲子相互作用對(duì)光熱轉(zhuǎn)換效率的影響，為提高少層二硫化鉬的光熱性能提供了新的思路。在光動(dòng)力治療方面，韓國(guó)首爾大學(xué)的學(xué)者報(bào)道了少層二硫化鉬作為光敏劑在腫瘤細(xì)胞中的光動(dòng)力效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)其能夠在光照下高效地產(chǎn)生單線態(tài)氧，對(duì)腫瘤細(xì)胞具有明顯的殺傷作用。復(fù)旦大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)則通過(guò)對(duì)少層二硫化鉬進(jìn)行表面修飾，提高了其在生物體內(nèi)的穩(wěn)定性和靶向性，進(jìn)一步增強(qiáng)了其光動(dòng)力治療效果。在壓電催化性能研究領(lǐng)域，同樣取得了豐富的成果。日本東京大學(xué)的科研人員首次證實(shí)了少層二硫化鉬在超聲作用下能夠產(chǎn)生壓電電荷，并驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生活性氧物種，展現(xiàn)出良好的壓電催化活性，為其在腫瘤治療中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)的浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)少層二硫化鉬的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，成功提高了其壓電系數(shù)，增強(qiáng)了壓電催化性能，相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊上。此外，武漢大學(xué)的學(xué)者通過(guò)構(gòu)筑少層MoS?/一維TiO?納米異質(zhì)結(jié)，進(jìn)一步優(yōu)化了少層二硫化鉬的壓電催化性能，拓展了其在能源轉(zhuǎn)換和環(huán)境治理等領(lǐng)域的應(yīng)用。在少層二硫化鉬用于腫瘤治療的應(yīng)用研究方面，近年來(lái)也取得了顯著進(jìn)展。美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究小組制備了基于少層二硫化鉬的納米診療劑，并將其應(yīng)用于小鼠腫瘤模型的光熱治療和光動(dòng)力治療，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該納米診療劑能夠有效地富集在腫瘤組織中，在近紅外光照射下，通過(guò)光熱和光動(dòng)力協(xié)同作用，顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)，且對(duì)正常組織的損傷較小。國(guó)內(nèi)的上海交通大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)則將少層二硫化鉬與靶向分子相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)腫瘤細(xì)胞的特異性識(shí)別和治療，提高了治療的精準(zhǔn)性和有效性。在壓電催化腫瘤治療方面，中山大學(xué)的研究人員利用少層二硫化鉬的壓電催化性能，在超聲刺激下對(duì)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行殺傷，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法能夠有效地誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，且具有良好的生物相容性。盡管國(guó)內(nèi)外在少層二硫化鉬的光學(xué)性能、壓電催化性能及其在腫瘤治療中的應(yīng)用研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)有待解決。例如，少層二硫化鉬的制備方法還不夠完善，制備過(guò)程復(fù)雜、成本較高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；其在生物體內(nèi)的代謝過(guò)程和長(zhǎng)期安全性還需要進(jìn)一步深入研究；在多模態(tài)協(xié)同治療中，如何實(shí)現(xiàn)不同治療方式的有效協(xié)同，提高治療效果，也是亟待解決的問(wèn)題。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容少層二硫化鉬的制備與表征：采用液相剝離法、化學(xué)氣相沉積法等方法制備少層二硫化鉬，通過(guò)原子力顯微鏡（AFM）、透射電子顯微鏡（TEM）、拉曼光譜、X射線光電子能譜（XPS）等手段對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)、組成等進(jìn)行表征，確定少層二硫化鉬的層數(shù)、尺寸、結(jié)晶度等參數(shù)，為后續(xù)的性能研究提供基礎(chǔ)。少層二硫化鉬的光學(xué)性能研究：利用紫外-可見(jiàn)-近紅外分光光度計(jì)研究少層二硫化鉬在不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光吸收特性，分析其光吸收機(jī)制；通過(guò)光熱成像儀和紅外測(cè)溫儀研究少層二硫化鉬在近紅外光照射下的光熱轉(zhuǎn)換性能，測(cè)定其光熱轉(zhuǎn)換效率，探究影響光熱轉(zhuǎn)換效率的因素；采用熒光光譜儀和電子自旋共振波譜儀（ESR）研究少層二硫化鉬在特定波長(zhǎng)光照射下產(chǎn)生單線態(tài)氧等活性氧物種的能力，評(píng)估其光動(dòng)力性能。少層二硫化鉬的壓電催化性能研究：搭建壓電催化測(cè)試裝置，研究少層二硫化鉬在超聲、機(jī)械振動(dòng)等外界機(jī)械刺激下的壓電催化活性，通過(guò)高效液相色譜（HPLC）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）等分析手段檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物，確定活性氧物種的種類和產(chǎn)量；探究少層二硫化鉬的晶體結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸等因素對(duì)壓電催化性能的影響，揭示壓電催化機(jī)制；研究反應(yīng)條件（如溶液pH值、溫度、底物濃度等）對(duì)少層二硫化鉬壓電催化性能的影響規(guī)律，優(yōu)化壓電催化反應(yīng)條件?；谏賹佣蚧f的腫瘤治療應(yīng)用研究：將少層二硫化鉬與靶向分子（如抗體、核酸適配體等）結(jié)合，制備具有腫瘤靶向性的納米診療劑，通過(guò)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究其對(duì)腫瘤細(xì)胞的靶向識(shí)別和富集能力；開(kāi)展少層二硫化鉬在腫瘤光熱治療、光動(dòng)力治療和壓電催化治療中的單模態(tài)治療實(shí)驗(yàn)，評(píng)估其對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷效果和對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的抑制作用；研究少層二硫化鉬在多模態(tài)協(xié)同治療（如光熱-壓電催化協(xié)同治療、光動(dòng)力-壓電催化協(xié)同治療等）中的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析多模態(tài)協(xié)同治療的優(yōu)勢(shì)，探究不同治療方式之間的協(xié)同作用機(jī)制；對(duì)少層二硫化鉬納米診療劑在生物體內(nèi)的代謝過(guò)程、生物相容性和安全性進(jìn)行研究，為其臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。1.3.2研究方法實(shí)驗(yàn)研究方法：通過(guò)化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)制備少層二硫化鉬及其復(fù)合材料，利用材料表征實(shí)驗(yàn)手段對(duì)制備的材料進(jìn)行全面表征；設(shè)計(jì)并實(shí)施細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，包括細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞凋亡實(shí)驗(yàn)等，研究少層二硫化鉬對(duì)腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)效應(yīng)；開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，建立腫瘤動(dòng)物模型，進(jìn)行腫瘤治療實(shí)驗(yàn)，觀察和記錄腫瘤的生長(zhǎng)情況、動(dòng)物的生存狀態(tài)等指標(biāo)，評(píng)估少層二硫化鉬的腫瘤治療效果；利用各種分析儀器對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的樣品進(jìn)行分析測(cè)試，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。理論模擬方法：運(yùn)用密度泛函理論（DFT）等計(jì)算方法，對(duì)少層二硫化鉬的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)和壓電性能進(jìn)行理論計(jì)算和模擬，從原子和分子層面揭示其內(nèi)在機(jī)制；通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬研究少層二硫化鉬與生物分子（如蛋白質(zhì)、核酸等）的相互作用，預(yù)測(cè)其在生物體內(nèi)的行為和穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)分析方法：對(duì)實(shí)驗(yàn)和模擬得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用均值、標(biāo)準(zhǔn)差、方差分析、顯著性檢驗(yàn)等方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和差異性；利用圖表（如柱狀圖、折線圖、散點(diǎn)圖、熱圖等）和數(shù)據(jù)可視化軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀展示，以便更好地理解和分析數(shù)據(jù)，總結(jié)研究規(guī)律。二、少層二硫化鉬的基本特性2.1晶體結(jié)構(gòu)與組成少層二硫化鉬（FL-MoS?）是一種具有獨(dú)特二維層狀結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬硫化物，其晶體結(jié)構(gòu)和原子組成賦予了它許多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)。在原子組成上，二硫化鉬的化學(xué)式為MoS?，由一個(gè)鉬（Mo）原子和兩個(gè)硫（S）原子組成。在其晶體結(jié)構(gòu)中，單層MoS?呈現(xiàn)出“三明治”夾心結(jié)構(gòu)，即上下兩層為硫原子，中間一層為鉬原子。每一個(gè)鉬原子被六個(gè)硫原子以三棱柱配位的方式包圍，形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)單元；而每一個(gè)硫原子則與三個(gè)鉬原子相連。這種原子間的強(qiáng)共價(jià)鍵連接使得層內(nèi)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，賦予了MoS?良好的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。少層二硫化鉬由若干個(gè)這樣的單層MoS?通過(guò)較弱的范德華力相互堆疊而成。層間距約為0.65nm，這種相對(duì)較大的層間距使得層間相互作用較弱，電子在層間的傳輸受到一定阻礙，同時(shí)也賦予了少層二硫化鉬一些特殊的性質(zhì)，如可剝離性和層間化學(xué)反應(yīng)活性。在不同的制備條件和應(yīng)用場(chǎng)景下，少層二硫化鉬的層數(shù)可以有所不同，通常將層數(shù)在1-10層的MoS?稱為少層二硫化鉬。層數(shù)的變化會(huì)對(duì)其物理化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響，例如隨著層數(shù)的減少，其帶隙逐漸增大，光學(xué)和電學(xué)性能也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。少層二硫化鉬主要存在三種晶相，分別為2H相（六方相）、1T相（單斜相）和3R相（菱方相）。2H相是最常見(jiàn)的穩(wěn)定相，具有六方對(duì)稱性，其晶格常數(shù)a=3.16?，c=12.3?。在2H相中，鉬原子處于三棱柱位，這種結(jié)構(gòu)使其具有半導(dǎo)體特性，在單層狀態(tài)下為直接帶隙，帶隙值約為1.8eV，適合用于光電器件等領(lǐng)域。1T相的結(jié)構(gòu)為單斜對(duì)稱，鉬原子位于八面體位，該相通常為亞穩(wěn)態(tài)，具有金屬或半金屬性。1T相MoS?在電催化和電極材料等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，但其穩(wěn)定性較差，在一定條件下容易轉(zhuǎn)變?yōu)?H相。3R相的層狀結(jié)構(gòu)采用ABC-ABC的堆疊順序，具有菱方對(duì)稱性，較為少見(jiàn)。與2H相類似，3R相的MoS?也為半導(dǎo)體特性，但其物理性質(zhì)與2H相略有不同。少層二硫化鉬獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和原子組成，以及不同晶相的存在，使其在光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、催化等方面展現(xiàn)出豐富的物理化學(xué)性質(zhì)，為其在腫瘤治療等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。深入研究這些結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系，對(duì)于進(jìn)一步拓展少層二硫化鉬的應(yīng)用具有重要意義。2.2獨(dú)特的二維層狀結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)少層二硫化鉬的二維層狀結(jié)構(gòu)賦予了它一系列獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)使其在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，特別是在腫瘤治療領(lǐng)域，為新型治療策略的開(kāi)發(fā)提供了有力的支持。高比表面積是少層二硫化鉬二維層狀結(jié)構(gòu)帶來(lái)的顯著優(yōu)勢(shì)之一。由于層間僅通過(guò)較弱的范德華力相互作用，使得少層二硫化鉬易于剝離成單層或多層納米片。這種納米級(jí)別的片層結(jié)構(gòu)極大地增加了材料的比表面積，為其在各種應(yīng)用中提供了更多的活性位點(diǎn)。在腫瘤治療中，高比表面積使得少層二硫化鉬能夠更充分地與腫瘤細(xì)胞或生物分子接觸。例如，在作為藥物載體時(shí)，更多的活性位點(diǎn)可以負(fù)載更多的抗癌藥物，提高藥物的裝載量；在光熱治療和光動(dòng)力治療中，高比表面積能夠增強(qiáng)少層二硫化鉬對(duì)光的吸收和散射，提高光熱轉(zhuǎn)換效率和光動(dòng)力活性，從而更有效地殺傷腫瘤細(xì)胞。研究表明，少層二硫化鉬的比表面積可達(dá)到幾十到幾百平方米每克，相比傳統(tǒng)材料，其在吸附和反應(yīng)活性方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。二維層狀結(jié)構(gòu)賦予少層二硫化鉬良好的柔韌性。少層二硫化鉬的層狀結(jié)構(gòu)使其能夠在一定程度上發(fā)生彎曲和變形而不破壞其晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)。這種柔韌性使得少層二硫化鉬在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在體內(nèi)環(huán)境中，少層二硫化鉬可以隨著生物組織的運(yùn)動(dòng)和變形而發(fā)生相應(yīng)的變化，避免對(duì)周圍組織造成損傷。例如，在腫瘤靶向治療中，少層二硫化鉬納米材料可以更好地通過(guò)血液循環(huán)系統(tǒng)，到達(dá)腫瘤部位。它能夠在血管中自由流動(dòng)，并且在遇到腫瘤組織的復(fù)雜微環(huán)境時(shí)，能夠通過(guò)自身的柔韌性適應(yīng)血管的彎曲和狹窄，提高對(duì)腫瘤組織的靶向富集效率。相比剛性材料，少層二硫化鉬的柔韌性使其在生物體內(nèi)的分布和作用更加均勻和有效。少層二硫化鉬的二維層狀結(jié)構(gòu)還具有可調(diào)控性。通過(guò)改變制備方法和工藝條件，可以精確控制少層二硫化鉬的層數(shù)、尺寸和形貌。不同層數(shù)的少層二硫化鉬具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)，如帶隙、光學(xué)吸收特性和電學(xué)性能等。通過(guò)控制層數(shù)，可以調(diào)節(jié)其光吸收和光發(fā)射特性，使其在光熱治療和光動(dòng)力治療中表現(xiàn)出不同的性能。此外，還可以通過(guò)化學(xué)修飾、摻雜等方法對(duì)少層二硫化鉬的表面性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍。例如，在少層二硫化鉬表面修飾靶向分子，如抗體、核酸適配體等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的特異性識(shí)別和靶向治療；摻雜其他元素可以改變其電子結(jié)構(gòu)，提高其壓電催化性能，增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。這種可調(diào)控性使得少層二硫化鉬能夠根據(jù)不同的腫瘤治療需求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，為開(kāi)發(fā)個(gè)性化的腫瘤治療方案提供了可能。少層二硫化鉬獨(dú)特的二維層狀結(jié)構(gòu)賦予了它高比表面積、良好柔韌性和可調(diào)控性等優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)使得少層二硫化鉬在腫瘤治療領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，為解決腫瘤治療中的難題提供了新的思路和方法。在未來(lái)的研究中，進(jìn)一步深入挖掘這些優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)基于少層二硫化鉬的高效腫瘤治療技術(shù)，將有助于提高腫瘤治療的效果，改善患者的生活質(zhì)量。三、少層二硫化鉬的光學(xué)性能研究3.1光吸收特性3.1.1吸收光譜分析少層二硫化鉬的光吸收特性與其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和電子能帶結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。通過(guò)紫外-可見(jiàn)-近紅外分光光度計(jì)對(duì)少層二硫化鉬的吸收光譜進(jìn)行測(cè)試分析，能夠深入了解其光吸收機(jī)制。研究表明，少層二硫化鉬在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域表現(xiàn)出顯著的光吸收特性。在吸收光譜中，通常會(huì)出現(xiàn)多個(gè)特征吸收峰，這些峰的位置和強(qiáng)度與少層二硫化鉬的電子躍遷過(guò)程緊密相連。以單層二硫化鉬為例，其在610nm和670nm左右會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)明顯的吸收峰，分別對(duì)應(yīng)于A激子和B激子的躍遷。A激子和B激子是由價(jià)帶頂?shù)牟煌孕壍婪至涯芗?jí)到導(dǎo)帶底的電子躍遷形成的。由于單層二硫化鉬具有直接帶隙結(jié)構(gòu)，這種電子躍遷過(guò)程相對(duì)容易發(fā)生，使得其在這些波長(zhǎng)處表現(xiàn)出較強(qiáng)的光吸收。當(dāng)層數(shù)增加時(shí)，少層二硫化鉬的吸收光譜會(huì)發(fā)生變化，特征吸收峰的強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，且峰位也會(huì)出現(xiàn)一定的紅移現(xiàn)象。這是因?yàn)殡S著層數(shù)的增加，層間相互作用增強(qiáng)，導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從直接帶隙逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接帶隙。在間接帶隙半導(dǎo)體中，電子躍遷需要聲子的參與，躍遷概率降低，從而使得光吸收強(qiáng)度減弱。少層二硫化鉬的吸收光譜與能帶結(jié)構(gòu)之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系。能帶結(jié)構(gòu)決定了電子的能量狀態(tài)和躍遷可能性，進(jìn)而影響光吸收特性。通過(guò)第一性原理計(jì)算等理論方法，可以對(duì)少層二硫化鉬的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬和分析。計(jì)算結(jié)果表明，單層二硫化鉬的價(jià)帶主要由硫原子的p軌道電子組成，導(dǎo)帶則主要由鉬原子的d軌道電子組成。在K點(diǎn)（布里淵區(qū)高對(duì)稱點(diǎn)）處，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在直接帶隙，這與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的吸收光譜中A激子和B激子的躍遷相對(duì)應(yīng)。而在多層二硫化鉬中，由于層間耦合作用，能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，導(dǎo)帶和價(jià)帶在不同的k點(diǎn)之間的能量差發(fā)生變化，導(dǎo)致光吸收特性改變。為了更直觀地理解少層二硫化鉬的光吸收特性與能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以一項(xiàng)具體研究為例。某研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備了不同層數(shù)的少層二硫化鉬，并對(duì)其吸收光譜和能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，單層二硫化鉬在615nm和675nm處出現(xiàn)了明顯的吸收峰，與理論預(yù)期的A激子和B激子躍遷波長(zhǎng)相符。隨著層數(shù)增加到3層，吸收峰強(qiáng)度明顯減弱，且分別紅移至620nm和680nm。通過(guò)第一性原理計(jì)算得到的能帶結(jié)構(gòu)表明，單層二硫化鉬的直接帶隙為1.8eV，而3層二硫化鉬的帶隙減小至1.5eV，且?guī)额愋椭饾u向間接帶隙轉(zhuǎn)變。這一研究結(jié)果清晰地展示了少層二硫化鉬的光吸收特性隨層數(shù)變化的規(guī)律，以及與能帶結(jié)構(gòu)之間的緊密聯(lián)系。少層二硫化鉬的吸收光譜分析對(duì)于深入理解其光學(xué)性質(zhì)和光與物質(zhì)相互作用機(jī)制具有重要意義。通過(guò)研究吸收光譜與能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)系，可以為少層二硫化鉬在光電器件、光催化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)。在后續(xù)的研究中，進(jìn)一步優(yōu)化少層二硫化鉬的制備工藝，精確控制其層數(shù)和結(jié)構(gòu)，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)其光吸收特性的精準(zhǔn)調(diào)控，拓展其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。3.1.2影響光吸收的因素少層二硫化鉬的光吸收特性受到多種因素的影響，深入探究這些影響因素對(duì)于優(yōu)化其光吸收性能、拓展其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。層數(shù)是影響少層二硫化鉬光吸收的關(guān)鍵因素之一。如前文所述，隨著層數(shù)的增加，少層二硫化鉬的光吸收特性會(huì)發(fā)生顯著變化。從晶體結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，單層二硫化鉬具有直接帶隙結(jié)構(gòu)，電子躍遷過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，光吸收效率較高。當(dāng)層數(shù)逐漸增加時(shí)，層間相互作用增強(qiáng)，能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從直接帶隙逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接帶隙。這種能帶結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變使得電子躍遷需要聲子的參與，躍遷概率降低，從而導(dǎo)致光吸收強(qiáng)度減弱。研究表明，單層二硫化鉬在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域的光吸收系數(shù)明顯高于多層二硫化鉬。例如，在600-800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，單層二硫化鉬的光吸收系數(shù)可達(dá)10?cm?1以上，而5層二硫化鉬的光吸收系數(shù)則降至10?cm?1左右。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體需求選擇合適層數(shù)的少層二硫化鉬，以獲得最佳的光吸收性能。尺寸也是影響少層二硫化鉬光吸收的重要因素。少層二硫化鉬的尺寸大小會(huì)影響其光散射和光吸收的平衡。當(dāng)少層二硫化鉬的尺寸較小時(shí)，光散射作用相對(duì)較弱，光能夠更有效地被吸收。隨著尺寸的增大，光散射作用增強(qiáng)，部分光會(huì)被散射出去，導(dǎo)致光吸收效率降低。此外，尺寸還會(huì)影響少層二硫化鉬的表面效應(yīng)。較小尺寸的少層二硫化鉬具有更大的比表面積，表面原子比例增加，這些表面原子的電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)活性與內(nèi)部原子不同，可能會(huì)引入新的光吸收通道或改變?cè)泄馕仗匦?。有研究通過(guò)控制化學(xué)氣相沉積法的生長(zhǎng)條件，制備了不同尺寸的少層二硫化鉬納米片，并對(duì)其光吸收性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，尺寸為50nm的少層二硫化鉬納米片在近紅外區(qū)域的光吸收強(qiáng)度比尺寸為500nm的納米片高出約30%。這表明在一定范圍內(nèi)，減小少層二硫化鉬的尺寸有助于提高其光吸收性能。缺陷對(duì)少層二硫化鉬的光吸收也有顯著影響。少層二硫化鉬在制備過(guò)程中可能會(huì)引入各種缺陷，如硫空位、鉬空位、位錯(cuò)等。這些缺陷會(huì)改變材料的電子結(jié)構(gòu)，從而影響光吸收特性。硫空位是少層二硫化鉬中常見(jiàn)的缺陷之一。硫空位的存在會(huì)在材料的能帶結(jié)構(gòu)中引入局域能級(jí)，這些局域能級(jí)可以作為電子躍遷的中間態(tài)，增加電子躍遷的可能性，從而導(dǎo)致光吸收增強(qiáng)。然而，過(guò)多的缺陷也可能會(huì)成為光生載流子的復(fù)合中心，降低光生載流子的壽命，進(jìn)而影響光吸收效率。例如，一項(xiàng)研究通過(guò)熱退火處理在少層二硫化鉬中引入了不同濃度的硫空位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適量的硫空位（濃度約為101?cm?3）可以使少層二硫化鉬在500-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光吸收強(qiáng)度提高約20%，但當(dāng)硫空位濃度過(guò)高（大于101?cm?3）時(shí)，光吸收強(qiáng)度反而下降。因此，控制少層二硫化鉬中的缺陷濃度和類型，是優(yōu)化其光吸收性能的重要手段之一。外界環(huán)境因素，如溫度、光照強(qiáng)度、氣體氛圍等，也會(huì)對(duì)少層二硫化鉬的光吸收產(chǎn)生影響。溫度的變化會(huì)影響少層二硫化鉬的晶格振動(dòng)和電子熱激發(fā)，從而改變其光吸收特性。隨著溫度的升高，晶格振動(dòng)加劇，聲子散射增強(qiáng)，可能會(huì)導(dǎo)致光吸收強(qiáng)度下降。光照強(qiáng)度的變化會(huì)影響光生載流子的產(chǎn)生和復(fù)合過(guò)程，進(jìn)而影響光吸收。在高光照強(qiáng)度下，光生載流子的產(chǎn)生速率增加，但同時(shí)復(fù)合速率也可能增加，如果復(fù)合速率超過(guò)產(chǎn)生速率，光吸收效率可能會(huì)降低。氣體氛圍對(duì)少層二硫化鉬的光吸收也有影響。某些氣體分子（如氧氣、氫氣等）可以與少層二硫化鉬表面發(fā)生相互作用，改變其表面電子結(jié)構(gòu)，從而影響光吸收。例如，在氧氣氛圍中，氧氣分子可以吸附在少層二硫化鉬表面，捕獲光生電子，導(dǎo)致光生載流子的復(fù)合速率降低，光吸收增強(qiáng)。少層二硫化鉬的光吸收受到層數(shù)、尺寸、缺陷及外界環(huán)境等多種因素的綜合影響。在實(shí)際應(yīng)用中，需要充分考慮這些因素，通過(guò)優(yōu)化制備工藝、控制材料結(jié)構(gòu)和外界環(huán)境條件等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)少層二硫化鉬光吸收性能的有效調(diào)控，以滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求。3.2光熱轉(zhuǎn)換特性3.2.1光熱轉(zhuǎn)換原理少層二硫化鉬的光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程基于其獨(dú)特的光吸收和能量耗散機(jī)制。當(dāng)少層二硫化鉬受到光照射時(shí)，光子的能量被材料吸收，引發(fā)電子躍遷。在少層二硫化鉬的能帶結(jié)構(gòu)中，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，形成光生載流子（電子-空穴對(duì)）。這些光生載流子處于高能激發(fā)態(tài)，具有較高的能量。在隨后的弛豫過(guò)程中，光生載流子通過(guò)多種途徑將能量耗散，其中主要的方式是與晶格振動(dòng)相互作用，即電子-聲子相互作用。光生載流子將能量傳遞給晶格，使得晶格振動(dòng)加劇，宏觀上表現(xiàn)為材料溫度升高，從而實(shí)現(xiàn)了光能到熱能的轉(zhuǎn)換。從微觀角度來(lái)看，少層二硫化鉬的光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程涉及到多個(gè)物理過(guò)程的協(xié)同作用。在光吸收階段，少層二硫化鉬的吸收光譜與光子能量分布相匹配，使得光子能夠有效地被吸收。如前文所述，少層二硫化鉬在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域具有明顯的吸收峰，這些吸收峰對(duì)應(yīng)著不同的電子躍遷過(guò)程。在電子-聲子相互作用階段，光生載流子與晶格中的原子振動(dòng)相互耦合。由于少層二硫化鉬的二維層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)原子間通過(guò)強(qiáng)共價(jià)鍵連接，而層間通過(guò)較弱的范德華力相互作用，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得電子-聲子相互作用具有獨(dú)特的性質(zhì)。層內(nèi)的強(qiáng)共價(jià)鍵使得原子振動(dòng)模式較為穩(wěn)定，有利于光生載流子與聲子之間的能量傳遞；而層間的弱范德華力則對(duì)電子和聲子的傳輸產(chǎn)生一定的阻礙作用，影響光熱轉(zhuǎn)換效率。為了更直觀地理解少層二硫化鉬的光熱轉(zhuǎn)換原理，可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的物理模型來(lái)解釋。假設(shè)少層二硫化鉬為一個(gè)二維平面，光子垂直入射到平面上。當(dāng)光子被吸收后，產(chǎn)生的光生載流子在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，光生載流子與晶格中的原子發(fā)生碰撞，將能量傳遞給原子，使原子的振動(dòng)加劇。隨著能量的不斷傳遞，整個(gè)材料的溫度逐漸升高。這個(gè)模型雖然簡(jiǎn)化了實(shí)際的光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程，但能夠清晰地展示光熱轉(zhuǎn)換的基本原理。少層二硫化鉬的光熱轉(zhuǎn)換原理是一個(gè)涉及光吸收、電子躍遷、光生載流子弛豫以及電子-聲子相互作用等多個(gè)物理過(guò)程的復(fù)雜過(guò)程。深入理解這些過(guò)程，對(duì)于優(yōu)化少層二硫化鉬的光熱轉(zhuǎn)換性能，提高其在光熱治療等領(lǐng)域的應(yīng)用效果具有重要意義。在后續(xù)的研究中，可以通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，進(jìn)一步深入探究少層二硫化鉬的光熱轉(zhuǎn)換機(jī)制，為其在腫瘤治療中的應(yīng)用提供更堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。3.2.2光熱轉(zhuǎn)換效率的測(cè)定與提升光熱轉(zhuǎn)換效率是評(píng)估少層二硫化鉬光熱性能的關(guān)鍵指標(biāo)，準(zhǔn)確測(cè)定其光熱轉(zhuǎn)換效率對(duì)于評(píng)價(jià)其在光熱治療等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力至關(guān)重要。目前，測(cè)定少層二硫化鉬光熱轉(zhuǎn)換效率的常用方法是基于光熱升溫曲線的計(jì)算。具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：將一定濃度的少層二硫化鉬分散液置于特定的容器中，使用近紅外激光器作為光源，以恒定的功率照射樣品。利用紅外測(cè)溫儀或光熱成像儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣品的溫度變化，記錄溫度隨時(shí)間的變化曲線，即光熱升溫曲線。當(dāng)溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，根據(jù)以下公式計(jì)算光熱轉(zhuǎn)換效率（η）：\eta=\frac{hS(T_{max}-T_{0})-Q_{dis}}{P_{in}}其中，h為熱交換系數(shù)，S為樣品與周圍環(huán)境的熱交換面積，T_{max}為穩(wěn)定狀態(tài)下的最高溫度，T_{0}為初始溫度，Q_{dis}為樣品在光照射過(guò)程中向周圍環(huán)境散失的熱量，P_{in}為入射光功率。熱交換系數(shù)h可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量或理論計(jì)算得到，通常采用參考物質(zhì)法進(jìn)行測(cè)定。選擇一種已知光熱轉(zhuǎn)換效率的參考物質(zhì)，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)量其光熱升溫曲線，通過(guò)對(duì)比計(jì)算得到少層二硫化鉬的熱交換系數(shù)。以某研究為例，該研究制備了少層二硫化鉬納米片，并對(duì)其光熱轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了測(cè)定。實(shí)驗(yàn)中，將少層二硫化鉬納米片分散在去離子水中，配制成濃度為100μg/mL的分散液。使用功率為1W的808nm近紅外激光器照射樣品，通過(guò)紅外測(cè)溫儀記錄溫度變化。經(jīng)過(guò)多次測(cè)量和數(shù)據(jù)處理，得到光熱升溫曲線，計(jì)算出少層二硫化鉬在該條件下的光熱轉(zhuǎn)換效率為35%。為了提升少層二硫化鉬的光熱轉(zhuǎn)換效率，研究者們開(kāi)展了大量的研究工作，探索了多種有效的途徑。通過(guò)優(yōu)化制備工藝精確控制少層二硫化鉬的層數(shù)和尺寸，能夠顯著影響其光熱性能。前文已提及，層數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致少層二硫化鉬的能帶結(jié)構(gòu)和光吸收特性改變。單層二硫化鉬具有直接帶隙，在近紅外區(qū)域的光吸收系數(shù)較高，有利于光熱轉(zhuǎn)換。通過(guò)精確控制制備過(guò)程，獲得更多的單層或少層二硫化鉬，可提高光熱轉(zhuǎn)換效率。尺寸也是重要影響因素，較小尺寸的少層二硫化鉬納米片具有更高的比表面積，能夠增強(qiáng)光吸收，減少光散射，從而提高光熱轉(zhuǎn)換效率。有研究通過(guò)改進(jìn)液相剝離法，制備出平均尺寸為50nm的少層二硫化鉬納米片，與尺寸較大的納米片相比，其光熱轉(zhuǎn)換效率提高了約20%。表面修飾是提升少層二硫化鉬光熱轉(zhuǎn)換效率的有效策略。在少層二硫化鉬表面修飾具有特定功能的分子或納米粒子，能夠改變其表面性質(zhì)，增強(qiáng)光吸收和光熱轉(zhuǎn)換性能。在少層二硫化鉬表面修飾貴金屬納米粒子（如金納米粒子、銀納米粒子等），利用貴金屬納米粒子的表面等離子體共振效應(yīng)，可顯著增強(qiáng)少層二硫化鉬對(duì)光的吸收。表面等離子體共振是指當(dāng)光照射到貴金屬納米粒子表面時(shí)，引起粒子表面自由電子的集體振蕩，從而在特定波長(zhǎng)處產(chǎn)生強(qiáng)烈的光吸收。這種共振吸收能夠?qū)⒏嗟墓饽苻D(zhuǎn)化為熱能，提高少層二硫化鉬的光熱轉(zhuǎn)換效率。某研究將金納米粒子修飾在少層二硫化鉬表面，制備出MoS?-Au納米復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與單純的少層二硫化鉬相比，MoS?-Au納米復(fù)合材料在808nm近紅外光照射下的光熱轉(zhuǎn)換效率從30%提高到了45%。與其他材料復(fù)合也是提升少層二硫化鉬光熱轉(zhuǎn)換效率的重要方法。將少層二硫化鉬與具有良好光熱性能或熱導(dǎo)率的材料復(fù)合，可實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，提高整體的光熱轉(zhuǎn)換效率。將少層二硫化鉬與石墨烯復(fù)合，制備出MoS?-石墨烯復(fù)合材料。石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)和熱學(xué)性能，能夠快速傳導(dǎo)光生載流子和熱量，減少光生載流子的復(fù)合，提高光熱轉(zhuǎn)換效率。研究發(fā)現(xiàn)，MoS?-石墨烯復(fù)合材料的光熱轉(zhuǎn)換效率比少層二硫化鉬提高了約30%，在腫瘤光熱治療中表現(xiàn)出更好的治療效果。精確測(cè)定少層二硫化鉬的光熱轉(zhuǎn)換效率是評(píng)估其性能的關(guān)鍵，而通過(guò)優(yōu)化制備工藝、表面修飾和與其他材料復(fù)合等方法，可以有效地提升其光熱轉(zhuǎn)換效率。這些研究成果為少層二硫化鉬在光熱治療等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更有力的支持，有望進(jìn)一步推動(dòng)其在腫瘤治療中的實(shí)際應(yīng)用。3.3光致發(fā)光特性3.3.1發(fā)光機(jī)制少層二硫化鉬的光致發(fā)光機(jī)制源于其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和能帶特性。當(dāng)少層二硫化鉬受到特定波長(zhǎng)的光激發(fā)時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子能量躍遷到導(dǎo)帶，在價(jià)帶中留下空穴，形成電子-空穴對(duì)。這些光生載流子處于激發(fā)態(tài)，具有較高的能量。在隨后的弛豫過(guò)程中，電子和空穴會(huì)通過(guò)輻射復(fù)合的方式回到基態(tài)，同時(shí)釋放出光子，產(chǎn)生光致發(fā)光現(xiàn)象。少層二硫化鉬的光致發(fā)光過(guò)程與激子的行為密切相關(guān)。激子是由相互束縛的電子-空穴對(duì)組成的準(zhǔn)粒子。在少層二硫化鉬中，由于二維層狀結(jié)構(gòu)的限制效應(yīng)，激子的結(jié)合能較大，使其在室溫下也能穩(wěn)定存在。激子的輻射復(fù)合是少層二硫化鉬光致發(fā)光的主要機(jī)制之一。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)光激發(fā)產(chǎn)生激子時(shí)，激子可以通過(guò)直接輻射復(fù)合的方式，即電子和空穴直接復(fù)合并發(fā)射出光子，產(chǎn)生光致發(fā)光。這種直接輻射復(fù)合過(guò)程的速率較快，能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的光致發(fā)光信號(hào)。少層二硫化鉬中的缺陷和雜質(zhì)也會(huì)對(duì)光致發(fā)光機(jī)制產(chǎn)生影響。缺陷和雜質(zhì)的存在會(huì)在材料的能帶結(jié)構(gòu)中引入局域能級(jí)。這些局域能級(jí)可以作為電子和空穴的陷阱，捕獲光生載流子。被捕獲的載流子在陷阱中停留一段時(shí)間后，再通過(guò)輻射復(fù)合的方式回到基態(tài)，發(fā)射出光子。這種通過(guò)缺陷和雜質(zhì)介導(dǎo)的光致發(fā)光過(guò)程，其發(fā)光波長(zhǎng)和強(qiáng)度與缺陷和雜質(zhì)的種類、濃度以及分布密切相關(guān)。例如，硫空位是少層二硫化鉬中常見(jiàn)的缺陷之一。硫空位的存在會(huì)引入與硫空位相關(guān)的局域能級(jí)，使得電子和空穴在這些局域能級(jí)上復(fù)合，產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的光致發(fā)光。研究表明，適量的硫空位可以增強(qiáng)少層二硫化鉬的光致發(fā)光強(qiáng)度，但過(guò)多的硫空位會(huì)導(dǎo)致光生載流子的非輻射復(fù)合增加，反而降低光致發(fā)光強(qiáng)度。少層二硫化鉬的光致發(fā)光特性還受到層數(shù)、尺寸、溫度等因素的影響。隨著層數(shù)的增加，少層二硫化鉬的光致發(fā)光強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱。這是因?yàn)閷訑?shù)增加會(huì)導(dǎo)致層間相互作用增強(qiáng)，激子的束縛能減小，激子更容易發(fā)生解離，從而降低了光致發(fā)光效率。尺寸對(duì)光致發(fā)光也有影響，較小尺寸的少層二硫化鉬納米片由于量子限域效應(yīng)，其光致發(fā)光峰可能會(huì)發(fā)生藍(lán)移，且發(fā)光強(qiáng)度可能會(huì)增強(qiáng)。溫度的變化會(huì)影響少層二硫化鉬中聲子的振動(dòng)模式和數(shù)量，進(jìn)而影響光生載流子與聲子的相互作用。隨著溫度升高，聲子散射增強(qiáng)，光生載流子的非輻射復(fù)合概率增加，導(dǎo)致光致發(fā)光強(qiáng)度降低。少層二硫化鉬的光致發(fā)光機(jī)制是一個(gè)涉及光激發(fā)、電子躍遷、激子形成與復(fù)合以及缺陷和雜質(zhì)影響等多個(gè)過(guò)程的復(fù)雜物理過(guò)程。深入理解這些過(guò)程，對(duì)于研究少層二硫化鉬的光學(xué)性質(zhì)、開(kāi)發(fā)基于少層二硫化鉬的光電器件以及拓展其在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。通過(guò)進(jìn)一步研究少層二硫化鉬的光致發(fā)光機(jī)制，可以為優(yōu)化其發(fā)光性能、提高發(fā)光效率提供理論指導(dǎo)。3.3.2發(fā)光特性的應(yīng)用少層二硫化鉬獨(dú)特的光致發(fā)光特性使其在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了重要的應(yīng)用價(jià)值，尤其是在生物成像和熒光傳感等領(lǐng)域，為相關(guān)研究和技術(shù)發(fā)展提供了新的手段和思路。在生物成像領(lǐng)域，少層二硫化鉬的光致發(fā)光特性為實(shí)現(xiàn)高分辨率、高靈敏度的生物成像提供了可能。由于其在近紅外區(qū)域具有一定的光致發(fā)光特性，而近紅外光在生物組織中的穿透深度較大，對(duì)生物組織的損傷較小，因此少層二硫化鉬可作為近紅外熒光探針用于生物成像。通過(guò)將少層二硫化鉬與生物分子（如抗體、核酸適配體等）結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定生物分子或細(xì)胞的靶向成像。某研究團(tuán)隊(duì)將表面修飾有靶向腫瘤細(xì)胞抗體的少層二硫化鉬納米片注入小鼠體內(nèi)，利用其近紅外光致發(fā)光特性，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)腫瘤細(xì)胞的在體成像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，少層二硫化鉬納米探針能夠特異性地富集在腫瘤組織中，并發(fā)出強(qiáng)烈的近紅外熒光信號(hào)，清晰地顯示出腫瘤的位置和形態(tài)，為腫瘤的早期診斷和治療監(jiān)測(cè)提供了有力的工具。此外，少層二硫化鉬還可用于細(xì)胞內(nèi)生物過(guò)程的成像研究。通過(guò)將少層二硫化鉬納米材料引入細(xì)胞內(nèi)，利用其光致發(fā)光特性，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)的生物分子相互作用、離子濃度變化等過(guò)程。例如，有研究利用少層二硫化鉬的光致發(fā)光特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度變化的動(dòng)態(tài)成像，為深入研究細(xì)胞生理功能提供了新的方法。少層二硫化鉬的光致發(fā)光特性在熒光傳感領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用。基于少層二硫化鉬的熒光傳感器可以用于檢測(cè)各種生物分子、離子和小分子等。其檢測(cè)原理主要是利用目標(biāo)物質(zhì)與少層二硫化鉬之間的相互作用，導(dǎo)致少層二硫化鉬的光致發(fā)光特性發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)。當(dāng)目標(biāo)生物分子與少層二硫化鉬表面修飾的識(shí)別分子結(jié)合時(shí)，會(huì)改變少層二硫化鉬的電子結(jié)構(gòu)和能量狀態(tài)，進(jìn)而影響其光致發(fā)光強(qiáng)度或波長(zhǎng)。通過(guò)檢測(cè)光致發(fā)光信號(hào)的變化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)生物分子的定量檢測(cè)。某研究開(kāi)發(fā)了一種基于少層二硫化鉬的熒光傳感器，用于檢測(cè)腫瘤標(biāo)志物癌胚抗原（CEA）。該傳感器利用核酸適配體作為識(shí)別分子，與少層二硫化鉬結(jié)合形成復(fù)合探針。當(dāng)CEA存在時(shí)，核酸適配體與CEA特異性結(jié)合，導(dǎo)致少層二硫化鉬的光致發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生變化。通過(guò)檢測(cè)光致發(fā)光強(qiáng)度的變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)CEA的高靈敏度檢測(cè)，檢測(cè)限可達(dá)皮摩爾級(jí)別。此外，少層二硫化鉬還可用于檢測(cè)環(huán)境中的有害物質(zhì)，如重金屬離子等。利用少層二硫化鉬與重金屬離子之間的特異性相互作用，開(kāi)發(fā)出能夠快速、準(zhǔn)確檢測(cè)重金屬離子的熒光傳感器，對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)和食品安全具有重要意義。少層二硫化鉬的光致發(fā)光特性在生物成像和熒光傳感等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化少層二硫化鉬的光致發(fā)光性能，提高其與生物分子的兼容性和特異性，有望開(kāi)發(fā)出更加高效、靈敏的生物成像和熒光傳感技術(shù)，為生物醫(yī)學(xué)研究、疾病診斷和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。四、少層二硫化鉬的壓電催化性能研究4.1壓電效應(yīng)原理壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱為正壓電效應(yīng)。若作用力的方向改變，電荷的極性也會(huì)隨之改變。與之相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，此為逆壓電效應(yīng)。少層二硫化鉬作為一種具有非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)的二維材料，具備顯著的壓電效應(yīng)。從微觀角度來(lái)看，少層二硫化鉬的壓電效應(yīng)源于其晶體結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性。在少層二硫化鉬的晶體結(jié)構(gòu)中，鉬原子和硫原子的排列方式使得其在受到外力作用時(shí)，原子的相對(duì)位置發(fā)生變化，導(dǎo)致晶體的極化狀態(tài)改變。具體而言，當(dāng)少層二硫化鉬受到機(jī)械應(yīng)力時(shí)，層間的相對(duì)位移和原子的微小移動(dòng)會(huì)打破原有的電荷分布平衡，從而在材料表面產(chǎn)生極化電荷。以2H相少層二硫化鉬為例，其晶體結(jié)構(gòu)中鉬原子處于三棱柱配位環(huán)境，硫原子分布在上下兩層。當(dāng)受到垂直于層平面的壓力時(shí)，層間的距離會(huì)發(fā)生變化，鉬原子與硫原子之間的鍵長(zhǎng)和鍵角也會(huì)相應(yīng)改變。這種結(jié)構(gòu)變化使得晶體內(nèi)部的電荷分布發(fā)生重新排列，產(chǎn)生了宏觀的極化現(xiàn)象，進(jìn)而在材料表面出現(xiàn)正負(fù)電荷。少層二硫化鉬的壓電效應(yīng)與晶體結(jié)構(gòu)中的對(duì)稱性密切相關(guān)。晶體的對(duì)稱性決定了其壓電性質(zhì)的存在與否以及壓電系數(shù)的大小。在少層二硫化鉬中，由于其晶體結(jié)構(gòu)缺乏中心對(duì)稱性，使得它能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)。如果晶體具有中心對(duì)稱性，那么在受到外力作用時(shí)，晶體內(nèi)部的電荷分布變化會(huì)相互抵消，無(wú)法產(chǎn)生宏觀的壓電效應(yīng)。因此，少層二硫化鉬的非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)是其具備壓電效應(yīng)的關(guān)鍵因素。少層二硫化鉬的壓電效應(yīng)還與電子結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。當(dāng)受到外力作用時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)的變形會(huì)導(dǎo)致電子云的分布發(fā)生改變，從而影響電子的能量狀態(tài)。這種電子結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)一步導(dǎo)致了晶體的極化狀態(tài)改變，產(chǎn)生了壓電電荷。研究表明，少層二硫化鉬在受到外力作用時(shí)，其能帶結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生微小的變化，電子在能帶中的分布也會(huì)相應(yīng)調(diào)整。這些變化使得晶體內(nèi)部的電場(chǎng)發(fā)生改變，從而產(chǎn)生了壓電效應(yīng)。少層二硫化鉬的壓電效應(yīng)是由其晶體結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性、原子間的相互作用以及電子結(jié)構(gòu)的變化等多種因素共同作用的結(jié)果。深入理解這些因素對(duì)于研究少層二硫化鉬的壓電催化性能及其在腫瘤治療等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。通過(guò)進(jìn)一步探究少層二硫化鉬的壓電效應(yīng)原理，可以為優(yōu)化其壓電性能、開(kāi)發(fā)新型壓電催化材料和技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。4.2壓電催化反應(yīng)機(jī)制4.2.1載流子的產(chǎn)生與分離當(dāng)少層二硫化鉬受到外界機(jī)械刺激，如超聲或機(jī)械振動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)載流子的產(chǎn)生與分離過(guò)程。在壓電場(chǎng)的作用下，少層二硫化鉬晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生微小變形。由于其非中心對(duì)稱的晶體結(jié)構(gòu)，這種變形導(dǎo)致晶體內(nèi)部電荷分布的改變，產(chǎn)生了內(nèi)建電場(chǎng)，即壓電電勢(shì)。該壓電電勢(shì)促使價(jià)帶中的電子獲得足夠能量，克服禁帶寬度的阻礙，躍遷到導(dǎo)帶，從而在價(jià)帶中留下空穴，形成光生載流子（電子-空穴對(duì)）。這一過(guò)程類似于半導(dǎo)體材料在光激發(fā)下的載流子產(chǎn)生機(jī)制，只不過(guò)這里是通過(guò)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而產(chǎn)生載流子。以超聲作用下的少層二硫化鉬為例，超聲的高頻振動(dòng)為材料提供了機(jī)械應(yīng)力。這種機(jī)械應(yīng)力使得少層二硫化鉬的原子發(fā)生位移，層間距離和原子間鍵長(zhǎng)發(fā)生變化。這些微觀結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致晶體的極化狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生了壓電電荷。在壓電電荷形成的內(nèi)建電場(chǎng)作用下，電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，實(shí)現(xiàn)了載流子的產(chǎn)生。載流子產(chǎn)生后，面臨著分離和復(fù)合的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程。在理想情況下，希望載流子能夠有效地分離，以便參與后續(xù)的催化反應(yīng)。少層二硫化鉬的二維層狀結(jié)構(gòu)在載流子分離過(guò)程中起到了重要作用。由于二維結(jié)構(gòu)的限制效應(yīng)，電子和空穴在平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)受到一定約束，減少了它們?cè)诓牧蟽?nèi)部的復(fù)合概率。同時(shí)，壓電效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)建電場(chǎng)也為載流子的分離提供了驅(qū)動(dòng)力。內(nèi)建電場(chǎng)的方向與載流子的擴(kuò)散方向相互作用，使得電子和空穴分別向材料的不同區(qū)域移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了載流子的有效分離。為了更深入地理解載流子的分離過(guò)程，可以借助一些先進(jìn)的表征技術(shù)。瞬態(tài)光電流測(cè)試是研究載流子分離和傳輸?shù)某Ｓ梅椒ㄖ?。通過(guò)對(duì)少層二硫化鉬施加超聲刺激，并測(cè)量其瞬態(tài)光電流響應(yīng)，可以獲取載流子的產(chǎn)生、分離和傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)信息。研究表明，在超聲作用下，少層二硫化鉬的瞬態(tài)光電流迅速上升，隨后逐漸衰減。這表明在超聲激發(fā)的初期，載流子能夠快速產(chǎn)生并有效地分離，形成了較大的光電流。隨著時(shí)間的推移，部分載流子發(fā)生復(fù)合，導(dǎo)致光電流逐漸衰減。此外，表面修飾和與其他材料復(fù)合等方法也可以進(jìn)一步促進(jìn)少層二硫化鉬中載流子的分離。在少層二硫化鉬表面修飾具有高電子親和力的材料，如貴金屬納米粒子（如金納米粒子、銀納米粒子）或金屬氧化物（如二氧化鈦、氧化鋅）等，可以作為電子捕獲中心，快速捕獲導(dǎo)帶中的電子，減少電子與空穴的復(fù)合概率。將少層二硫化鉬與具有合適能帶結(jié)構(gòu)的材料復(fù)合，形成異質(zhì)結(jié)，利用異質(zhì)結(jié)界面處的內(nèi)建電場(chǎng)，也能夠有效地促進(jìn)載流子的分離。某研究將少層二硫化鉬與二氧化鈦復(fù)合，制備出MoS?/TiO?異質(zhì)結(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與單純的少層二硫化鉬相比，MoS?/TiO?異質(zhì)結(jié)在超聲作用下的載流子分離效率顯著提高，光電流強(qiáng)度增強(qiáng)了約50%。這是因?yàn)樵诋愘|(zhì)結(jié)界面處，二氧化鈦的導(dǎo)帶位置低于少層二硫化鉬的導(dǎo)帶，電子能夠自發(fā)地從少層二硫化鉬的導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移到二氧化鈦的導(dǎo)帶，從而實(shí)現(xiàn)了載流子的高效分離。少層二硫化鉬在壓電場(chǎng)作用下載流子的產(chǎn)生與分離是一個(gè)涉及晶體結(jié)構(gòu)變化、內(nèi)建電場(chǎng)形成以及載流子動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜過(guò)程。深入研究這一過(guò)程，對(duì)于提高少層二硫化鉬的壓電催化性能，實(shí)現(xiàn)其在腫瘤治療等領(lǐng)域的有效應(yīng)用具有重要意義。通過(guò)優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，以及與其他材料復(fù)合等手段，可以進(jìn)一步促進(jìn)載流子的產(chǎn)生與分離，提高壓電催化反應(yīng)效率。4.2.2催化反應(yīng)的進(jìn)行在少層二硫化鉬中，載流子的產(chǎn)生與分離為催化反應(yīng)的進(jìn)行提供了必要條件。當(dāng)載流子（電子和空穴）成功分離后，它們會(huì)與周圍環(huán)境中的反應(yīng)物發(fā)生作用，引發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)壓電催化過(guò)程。少層二硫化鉬表面的電子具有較強(qiáng)的還原能力，而空穴則具有較強(qiáng)的氧化能力。在腫瘤治療的應(yīng)用場(chǎng)景中，周圍環(huán)境中的水分子和溶解氧是常見(jiàn)的反應(yīng)物。電子首先與溶解氧分子發(fā)生反應(yīng)，生成超氧陰離子自由基（?O??）。這一反應(yīng)過(guò)程可以表示為：O?+e?→?O??。超氧陰離子自由基是一種具有較強(qiáng)氧化性的活性氧物種，能夠進(jìn)一步參與氧化還原反應(yīng)，對(duì)腫瘤細(xì)胞的生物分子造成損傷。空穴則與水分子發(fā)生反應(yīng)，生成羥基自由基（?OH）。反應(yīng)方程式為：H?O+h?→?OH+H?。羥基自由基是一種氧化性極強(qiáng)的活性氧物種，其氧化電位高達(dá)2.80V（vs.NHE），幾乎可以與生物體內(nèi)的所有有機(jī)分子發(fā)生反應(yīng)。在腫瘤治療中，羥基自由基能夠迅速氧化腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子，破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。以對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷過(guò)程為例，當(dāng)少層二硫化鉬在超聲等機(jī)械刺激下產(chǎn)生壓電催化作用時(shí)，生成的超氧陰離子自由基和羥基自由基會(huì)擴(kuò)散到腫瘤細(xì)胞表面。這些活性氧物種首先攻擊腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜，破壞細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞膜的通透性增加。細(xì)胞膜的損傷使得細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)外流，細(xì)胞內(nèi)環(huán)境失衡?；钚匝跷锓N還會(huì)進(jìn)一步進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，與細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子發(fā)生反應(yīng)。它們可以氧化蛋白質(zhì)中的氨基酸殘基，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能喪失；還可以攻擊核酸分子，引發(fā)DNA鏈的斷裂和堿基的損傷，從而影響細(xì)胞的遺傳信息傳遞和復(fù)制，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡。催化反應(yīng)的進(jìn)行還受到多種因素的影響。溶液的pH值對(duì)催化反應(yīng)具有顯著影響。在不同的pH值條件下，水分子和溶解氧的存在形式以及反應(yīng)活性會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響活性氧物種的生成速率和反應(yīng)路徑。在酸性條件下，氫離子濃度較高，可能會(huì)與超氧陰離子自由基發(fā)生反應(yīng)，生成過(guò)氧化氫（H?O?）。反應(yīng)方程式為：?O??+2H?+e?→H?O?。過(guò)氧化氫在一定條件下可以進(jìn)一步分解產(chǎn)生羥基自由基，增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。然而，在堿性條件下，氫氧根離子濃度較高，可能會(huì)與空穴發(fā)生反應(yīng)，消耗空穴，從而降低羥基自由基的生成效率。因此，優(yōu)化溶液的pH值，使其處于合適的范圍，對(duì)于提高壓電催化反應(yīng)效率至關(guān)重要。底物濃度也是影響催化反應(yīng)的重要因素。當(dāng)?shù)孜铮ㄈ缢肿?、溶解氧等）濃度較低時(shí)，載流子與底物的碰撞概率降低，導(dǎo)致活性氧物種的生成速率減慢，催化反應(yīng)效率下降。隨著底物濃度的增加，載流子與底物的碰撞機(jī)會(huì)增多，活性氧物種的生成速率加快，催化反應(yīng)效率提高。但當(dāng)?shù)孜餄舛冗^(guò)高時(shí)，可能會(huì)發(fā)生底物的聚集或競(jìng)爭(zhēng)吸附等現(xiàn)象，反而不利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。因此，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化底物濃度，以獲得最佳的壓電催化效果。少層二硫化鉬的壓電催化反應(yīng)是一個(gè)載流子與反應(yīng)物相互作用，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的活性氧物種，進(jìn)而對(duì)腫瘤細(xì)胞等底物進(jìn)行氧化破壞的過(guò)程。深入研究催化反應(yīng)的進(jìn)行機(jī)制以及影響因素，對(duì)于優(yōu)化壓電催化腫瘤治療策略，提高治療效果具有重要意義。通過(guò)調(diào)控反應(yīng)條件和優(yōu)化材料性能，可以進(jìn)一步增強(qiáng)少層二硫化鉬的壓電催化活性，為腫瘤治療提供更有效的手段。4.3影響壓電催化性能的因素4.3.1材料結(jié)構(gòu)因素材料結(jié)構(gòu)因素對(duì)少層二硫化鉬的壓電催化性能有著至關(guān)重要的影響，主要體現(xiàn)在層數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)和缺陷等方面。層數(shù)是影響少層二硫化鉬壓電催化性能的關(guān)鍵因素之一。隨著層數(shù)的變化，少層二硫化鉬的晶體結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)會(huì)發(fā)生顯著改變，進(jìn)而影響其壓電性能。研究表明，單層二硫化鉬的壓電系數(shù)相對(duì)較低，這是因?yàn)槠湓优帕休^為規(guī)整，晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性較高，在受到外力作用時(shí)，原子位移產(chǎn)生的極化電荷相對(duì)較少。而當(dāng)層數(shù)增加時(shí)，層間相互作用增強(qiáng)，晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性降低，使得壓電系數(shù)逐漸增大。少層二硫化鉬在3-5層時(shí)，其壓電系數(shù)達(dá)到一個(gè)相對(duì)較高的值，具有較好的壓電催化活性。層數(shù)過(guò)多也會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。隨著層數(shù)的進(jìn)一步增加，少層二硫化鉬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸趨于體相材料，層間的范德華力增強(qiáng)，導(dǎo)致材料的柔韌性降低，在受到外力作用時(shí)，難以產(chǎn)生有效的形變，從而限制了壓電效應(yīng)的發(fā)揮。此外，層數(shù)的增加還可能導(dǎo)致載流子在層間傳輸過(guò)程中的散射增加，降低載流子的遷移率，進(jìn)而影響壓電催化反應(yīng)的效率。晶體結(jié)構(gòu)對(duì)少層二硫化鉬的壓電催化性能也有著重要影響。少層二硫化鉬主要存在2H相（六方相）、1T相（單斜相）和3R相（菱方相）等不同晶相。2H相是最常見(jiàn)的穩(wěn)定相，具有較高的壓電系數(shù)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在壓電催化領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。在2H相中，鉬原子處于三棱柱配位環(huán)境，這種結(jié)構(gòu)使得晶體在受到外力作用時(shí)，能夠產(chǎn)生有效的極化電荷，促進(jìn)載流子的產(chǎn)生和分離，從而提高壓電催化活性。1T相的少層二硫化鉬具有金屬或半金屬性質(zhì)，其電子結(jié)構(gòu)與2H相不同。雖然1T相的導(dǎo)電性較好，但由于其晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，在實(shí)際應(yīng)用中容易發(fā)生相變，轉(zhuǎn)變?yōu)?H相，這在一定程度上限制了其在壓電催化領(lǐng)域的應(yīng)用。3R相的少層二硫化鉬相對(duì)較少見(jiàn)，其晶體結(jié)構(gòu)和壓電性能與2H相和1T相也有所不同。研究表明，3R相的少層二硫化鉬在某些特定條件下，可能具有獨(dú)特的壓電催化性能，但目前對(duì)其研究還相對(duì)較少，需要進(jìn)一步深入探索。缺陷也是影響少層二硫化鉬壓電催化性能的重要因素。在少層二硫化鉬的制備過(guò)程中，不可避免地會(huì)引入各種缺陷，如硫空位、鉬空位、位錯(cuò)等。這些缺陷的存在會(huì)改變材料的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，從而對(duì)壓電催化性能產(chǎn)生影響。硫空位是少層二硫化鉬中常見(jiàn)的缺陷之一。適量的硫空位可以在材料的能帶結(jié)構(gòu)中引入局域能級(jí)，這些局域能級(jí)可以作為電子的捕獲中心，延長(zhǎng)電子的壽命，增加載流子的濃度，從而提高壓電催化活性。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硫空位濃度在一定范圍內(nèi)時(shí)，少層二硫化鉬在超聲作用下產(chǎn)生的羥基自由基濃度明顯增加，表明其壓電催化性能得到了提升。然而，過(guò)多的缺陷也會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。過(guò)多的硫空位或其他缺陷可能會(huì)成為載流子的復(fù)合中心，使得光生載流子在參與催化反應(yīng)之前就發(fā)生復(fù)合，降低載流子的利用率，從而降低壓電催化性能。此外，缺陷還可能導(dǎo)致材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，影響其在實(shí)際應(yīng)用中的性能。材料結(jié)構(gòu)因素，包括層數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)和缺陷等，對(duì)少層二硫化鉬的壓電催化性能有著復(fù)雜而重要的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，需要通過(guò)優(yōu)化制備工藝、控制材料結(jié)構(gòu)等手段，調(diào)控這些因素，以獲得具有最佳壓電催化性能的少層二硫化鉬材料。深入研究材料結(jié)構(gòu)與壓電催化性能之間的關(guān)系，對(duì)于進(jìn)一步拓展少層二硫化鉬在腫瘤治療等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。4.3.2外部條件因素外部條件因素對(duì)少層二硫化鉬的壓電催化性能同樣有著顯著的影響，其中溫度、壓力和溶液pH值是較為關(guān)鍵的因素。溫度對(duì)少層二硫化鉬的壓電催化性能有著多方面的影響。從晶體結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，溫度的變化會(huì)影響少層二硫化鉬的晶格振動(dòng)。當(dāng)溫度升高時(shí)，晶格振動(dòng)加劇，原子的熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，這可能導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的微小變化，進(jìn)而影響壓電效應(yīng)的產(chǎn)生。較高的溫度會(huì)使少層二硫化鉬的層間距離增大，原子間的相互作用減弱，從而降低壓電系數(shù)。溫度還會(huì)影響載流子的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。在較高溫度下，載流子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，其擴(kuò)散速度加快，這可能導(dǎo)致載流子在材料內(nèi)部的復(fù)合概率增加。如果載流子在參與壓電催化反應(yīng)之前就發(fā)生復(fù)合，那么能夠參與反應(yīng)的載流子數(shù)量就會(huì)減少，從而降低壓電催化活性。研究表明，在一定溫度范圍內(nèi)，少層二硫化鉬的壓電催化活性會(huì)隨著溫度的升高而降低。當(dāng)溫度從25℃升高到50℃時(shí)，少層二硫化鉬在超聲作用下產(chǎn)生的活性氧物種濃度明顯下降，說(shuō)明其壓電催化性能受到了抑制。然而，在某些情況下，適當(dāng)升高溫度也可能對(duì)壓電催化性能產(chǎn)生積極影響。在一些反應(yīng)體系中，適當(dāng)升高溫度可以加快反應(yīng)速率，促進(jìn)反應(yīng)物的擴(kuò)散和吸附，從而提高壓電催化反應(yīng)的效率。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的反應(yīng)體系和需求，優(yōu)化溫度條件，以獲得最佳的壓電催化性能。壓力是影響少層二硫化鉬壓電催化性能的另一個(gè)重要外部條件。壓力的施加可以改變少層二硫化鉬的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，從而影響壓電效應(yīng)。當(dāng)施加壓力時(shí)，少層二硫化鉬的層間距離會(huì)發(fā)生變化，原子間的鍵長(zhǎng)和鍵角也會(huì)相應(yīng)改變。這些結(jié)構(gòu)變化會(huì)導(dǎo)致晶體的極化狀態(tài)發(fā)生改變，進(jìn)而產(chǎn)生壓電電荷。研究表明，在一定范圍內(nèi)，隨著壓力的增加，少層二硫化鉬的壓電系數(shù)會(huì)增大，壓電催化活性增強(qiáng)。當(dāng)施加的壓力從0.1MPa增加到0.5MPa時(shí)，少層二硫化鉬在超聲作用下產(chǎn)生的超氧陰離子自由基濃度顯著增加，表明其壓電催化性能得到了提升。然而，過(guò)高的壓力也可能對(duì)少層二硫化鉬的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生負(fù)面影響。過(guò)高的壓力可能導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的破壞，使少層二硫化鉬發(fā)生相變或產(chǎn)生缺陷，從而降低其壓電催化性能。此外，過(guò)高的壓力在實(shí)際應(yīng)用中往往難以實(shí)現(xiàn)，需要綜合考慮壓力對(duì)材料性能的影響以及實(shí)際操作的可行性。溶液pH值對(duì)少層二硫化鉬的壓電催化性能有著顯著影響。在不同的pH值條件下，溶液中的離子種類和濃度會(huì)發(fā)生變化，這會(huì)影響少層二硫化鉬表面的電荷分布和反應(yīng)活性。在酸性溶液中，氫離子濃度較高，氫離子可能會(huì)與少層二硫化鉬表面的活性位點(diǎn)結(jié)合，改變表面的電荷狀態(tài)，從而影響壓電催化反應(yīng)的進(jìn)行。研究發(fā)現(xiàn)，在酸性條件下，少層二硫化鉬的壓電催化活性可能會(huì)受到抑制，這是因?yàn)闅潆x子的存在可能會(huì)阻礙載流子的傳輸和反應(yīng)。而在堿性溶液中，氫氧根離子濃度較高，氫氧根離子可能會(huì)與少層二硫化鉬表面的金屬離子發(fā)生反應(yīng)，形成氫氧化物或其他化合物，這也可能會(huì)影響材料的表面性質(zhì)和壓電催化性能。在中性溶液中，少層二硫化鉬的壓電催化性能通常較為穩(wěn)定。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的反應(yīng)需求，選擇合適的溶液pH值，以優(yōu)化少層二硫化鉬的壓電催化性能。溫度、壓力和溶液pH值等外部條件因素對(duì)少層二硫化鉬的壓電催化性能有著重要影響。在實(shí)際應(yīng)用中，需要充分考慮這些因素，通過(guò)調(diào)控外部條件，優(yōu)化少層二硫化鉬的壓電催化性能，以實(shí)現(xiàn)其在腫瘤治療等領(lǐng)域的有效應(yīng)用。深入研究外部條件與壓電催化性能之間的關(guān)系，對(duì)于進(jìn)一步拓展少層二硫化鉬的應(yīng)用范圍和提高其應(yīng)用效果具有重要意義。五、少層二硫化鉬在腫瘤治療中的應(yīng)用探索5.1腫瘤治療的原理與機(jī)制5.1.1光熱治療原理少層二硫化鉬在腫瘤光熱治療中，核心原理是利用其優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能，將光能轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷。當(dāng)少層二硫化鉬受到特定波長(zhǎng)的近紅外光照射時(shí)，其內(nèi)部的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。如前文所述，少層二硫化鉬在近紅外區(qū)域具有較強(qiáng)的光吸收能力，光子的能量被吸收后，使得價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，形成光生載流子（電子-空穴對(duì)）。這些光生載流子處于高能激發(fā)態(tài)，具有較高的能量。在隨后的弛豫過(guò)程中，光生載流子通過(guò)與晶格振動(dòng)相互作用，即電子-聲子相互作用，將能量傳遞給晶格。晶格振動(dòng)加劇，導(dǎo)致材料溫度升高，實(shí)現(xiàn)了光能到熱能的轉(zhuǎn)換。隨著少層二硫化鉬溫度的升高，周圍腫瘤組織的溫度也隨之升高。當(dāng)腫瘤組織局部溫度升高到一定程度時(shí)，會(huì)對(duì)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)，從而達(dá)到治療腫瘤的目的。高溫會(huì)破壞腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜是細(xì)胞與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換和信息傳遞的重要屏障，其主要由脂質(zhì)雙分子層和蛋白質(zhì)組成。在高溫作用下，細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層會(huì)發(fā)生相變，流動(dòng)性增加，導(dǎo)致細(xì)胞膜的完整性被破壞，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外流，細(xì)胞功能受損。研究表明，當(dāng)溫度升高到42℃以上時(shí)，細(xì)胞膜的通透性明顯增加，細(xì)胞內(nèi)的離子濃度失衡，細(xì)胞的正常生理功能受到嚴(yán)重影響。高溫還會(huì)影響腫瘤細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能。蛋白質(zhì)是細(xì)胞生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，其結(jié)構(gòu)和功能依賴于特定的三維構(gòu)象。高溫會(huì)使蛋白質(zhì)的三維構(gòu)象發(fā)生改變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性失活，從而影響細(xì)胞內(nèi)的各種代謝過(guò)程和信號(hào)傳導(dǎo)通路。核酸是遺傳信息的攜帶者，高溫會(huì)使DNA雙鏈解旋，影響DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過(guò)程，進(jìn)而影響細(xì)胞的遺傳信息傳遞和細(xì)胞分裂。當(dāng)溫度升高到50℃以上時(shí)，腫瘤細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸會(huì)發(fā)生不可逆的損傷，細(xì)胞無(wú)法正常進(jìn)行生命活動(dòng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。少層二硫化鉬的光熱治療還具有一定的選擇性。由于腫瘤組織具有獨(dú)特的生理特征，如血管新生異常、淋巴回流不暢等，使得腫瘤組織對(duì)熱的敏感性高于正常組織。少層二硫化鉬可以通過(guò)被動(dòng)靶向或主動(dòng)靶向的方式富集在腫瘤組織中，在近紅外光照射下，腫瘤組織局部產(chǎn)生的熱量更多，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的特異性殺傷，減少對(duì)周圍正常組織的損傷。某研究通過(guò)將表面修飾有腫瘤靶向分子的少層二硫化鉬納米材料注入小鼠體內(nèi)，利用其光熱治療腫瘤。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在近紅外光照射下，腫瘤組織的溫度迅速升高，腫瘤細(xì)胞大量死亡，而周圍正常組織的溫度升高幅度較小，損傷較輕。這表明少層二硫化鉬的光熱治療能夠有效地靶向腫瘤組織，提高治療效果，降低副作用。少層二硫化鉬在腫瘤光熱治療中，通過(guò)光熱轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的高溫，破壞腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷。其具有選擇性高、副作用小等優(yōu)點(diǎn)，為腫瘤治療提供了一種新的有效手段。在實(shí)際應(yīng)用中，需要進(jìn)一步優(yōu)化少層二硫化鉬的光熱性能和靶向性，以提高治療效果，推動(dòng)其臨床應(yīng)用。5.1.2壓電催化治療原理少層二硫化鉬的壓電催化治療腫瘤的原理基于其壓電效應(yīng)和催化活性，通過(guò)產(chǎn)生活性氧物種（ROS）來(lái)殺傷腫瘤細(xì)胞。當(dāng)少層二硫化鉬受到外界機(jī)械刺激，如超聲、機(jī)械振動(dòng)等時(shí)，會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。如前文所述，由于少層二硫化鉬的晶體結(jié)構(gòu)具有非中心對(duì)稱性，在機(jī)械應(yīng)力作用下，晶體內(nèi)部的原子發(fā)生位移，導(dǎo)致電荷分布不均勻，從而在材料表面產(chǎn)生極化電荷，形成內(nèi)建電場(chǎng)。這個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)的強(qiáng)度與施加的機(jī)械應(yīng)力大小和方向有關(guān)。在壓電場(chǎng)的作用下，少層二硫化鉬內(nèi)部發(fā)生一系列物理過(guò)程，導(dǎo)致載流子的產(chǎn)生與分離。價(jià)帶中的電子獲得足夠的能量，克服禁帶寬度的阻礙，躍遷到導(dǎo)帶，在價(jià)帶中留下空穴，形成光生載流子（電子-空穴對(duì)）。這些光生載流子在壓電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，分別向材料的不同區(qū)域移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了載流子的有效分離。研究表明，少層二硫化鉬在超聲作用下，能夠快速產(chǎn)生大量的光生載流子，且載流子的分離效率較高。分離后的載流子具有較強(qiáng)的氧化還原能力，能夠與周圍環(huán)境中的反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生活性氧物種。在腫瘤治療的環(huán)境中，周圍存在著大量的水分子和溶解氧。導(dǎo)帶中的電子與溶解氧分子發(fā)生反應(yīng)，生成超氧陰離子自由基（?O??），反應(yīng)方程式為：O?+e?→?O??。超氧陰離子自由基是一種具有較強(qiáng)氧化性的活性氧物種，能夠進(jìn)一步參與氧化還原反應(yīng)。價(jià)帶中的空穴與水分子發(fā)生反應(yīng)，生成羥基自由基（?OH），反應(yīng)方程式為：H?O+h?→?OH+H?。羥基自由基是一種氧化性極強(qiáng)的活性氧物種，其氧化電位高達(dá)2.80V（vs.NHE），幾乎可以與生物體內(nèi)的所有有機(jī)分子發(fā)生反應(yīng)。這些產(chǎn)生的活性氧物種對(duì)腫瘤細(xì)胞具有強(qiáng)大的殺傷作用?；钚匝跷锓N首先攻擊腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜，破壞細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜的主要成分是磷脂和蛋白質(zhì)，羥基自由基和超氧陰離子自由基能夠氧化磷脂分子中的不飽和脂肪酸，導(dǎo)致細(xì)胞膜的流動(dòng)性降低，通透性增加，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外流，細(xì)胞內(nèi)環(huán)境失衡。研究表明，在活性氧物種的作用下，腫瘤細(xì)胞膜的完整性在短時(shí)間內(nèi)被破壞，細(xì)胞的生理功能受到嚴(yán)重影響?；钚匝跷锓N還會(huì)進(jìn)一步進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，與細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子發(fā)生反應(yīng)。它們可以氧化蛋白質(zhì)中的氨基酸殘基，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能喪失。如羥基自由基能夠與蛋白質(zhì)中的半胱氨酸、蛋氨酸等氨基酸反應(yīng)，使蛋白質(zhì)的二硫鍵斷裂，三維結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而失去生物活性?；钚匝跷锓N還可以攻擊核酸分子，引發(fā)DNA鏈的斷裂和堿基的損傷。超氧陰離子自由基可以與DNA分子中的堿基發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致堿基氧化、脫嘌呤等損傷，影響DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過(guò)程，進(jìn)而影響細(xì)胞的遺傳信息傳遞和細(xì)胞分裂。當(dāng)腫瘤細(xì)胞受到活性氧物種的嚴(yán)重攻擊時(shí)，細(xì)胞無(wú)法正常進(jìn)行生命活動(dòng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或壞死。少層二硫化鉬的壓電催化治療通過(guò)外界機(jī)械刺激產(chǎn)生壓電效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生活性氧物種，對(duì)腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子進(jìn)行氧化破壞，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷。這種治療方法具有無(wú)需外加化學(xué)試劑、可在溫和條件下進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，為腫瘤治療提供了一種新的策略。在實(shí)際應(yīng)用中，需要進(jìn)一步優(yōu)化少層二硫化鉬的壓電催化性能，提高活性氧物種的產(chǎn)量和作用效率，以增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷效果。5.1.3協(xié)同治療機(jī)制將少層二硫化鉬的光熱治療與壓電催化治療相結(jié)合，形成協(xié)同治療策略，能夠充分發(fā)揮兩種治療方式的優(yōu)勢(shì)，顯著增強(qiáng)腫瘤治療效果，其協(xié)同作用機(jī)制主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。光熱治療產(chǎn)生的熱效應(yīng)能夠?yàn)閴弘姶呋磻?yīng)提供更有利的條件。在光熱治療過(guò)程中，少層二硫化鉬吸收近紅外光能量并轉(zhuǎn)化為熱能，使腫瘤組織局部溫度升高。適當(dāng)升高的溫度對(duì)壓電催化反應(yīng)具有多方面的促進(jìn)作用。溫度升高可以加快分子的熱運(yùn)動(dòng)速度，使反應(yīng)物（如水分子、溶解氧等）在溶液中的擴(kuò)散速率增加。這意味著更多的反應(yīng)物能夠快速到達(dá)少層二硫化鉬表面，與光生載流子發(fā)生反應(yīng)，從而提高活性氧物種的生成速率。研究表明，當(dāng)溫度從25℃升高到40℃時(shí)，少層二硫化鉬在超聲作用下產(chǎn)生的羥基自由基濃度提高了約30%。溫度升高還可以增強(qiáng)少層二硫化鉬的壓電性能。隨著溫度的升高，少層二硫化鉬的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生微小變化，原子間的相互作用增強(qiáng)，使得壓電系數(shù)增大。這有利于在相同的機(jī)械刺激下產(chǎn)生更強(qiáng)的壓電效應(yīng)，促進(jìn)載流子的產(chǎn)生和分離，進(jìn)而提高壓電催化活性。壓電催化治療過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧物種與光熱治療的熱效應(yīng)具有協(xié)同殺傷腫瘤細(xì)胞的作用。光熱治療通過(guò)高溫破壞腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子，使腫瘤細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能受損。而壓電催化產(chǎn)生的活性氧物種，如羥基自由基（?OH）和超氧陰離子自由基（?O??），具有極強(qiáng)的氧化性，能夠進(jìn)一步對(duì)受損的腫瘤細(xì)胞進(jìn)行氧化攻擊?；钚匝跷锓N可以與光熱治療過(guò)程中變性的蛋白質(zhì)和受損的核酸發(fā)生反應(yīng)，加劇生物大分子的損傷程度，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞無(wú)法修復(fù)自身?yè)p傷，最終走向死亡。在光熱治療使腫瘤細(xì)胞膜通透性增加的基礎(chǔ)上，活性氧物種更容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，與細(xì)胞內(nèi)的生物分子發(fā)生反應(yīng)，增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷效果。某研究在小鼠腫瘤模型上進(jìn)行光熱-壓電催化協(xié)同治療實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，協(xié)同治療組的腫瘤細(xì)胞凋亡率明顯高于單獨(dú)光熱治療組和單獨(dú)壓電催化治療組，表明兩種治療方式的協(xié)同作用能夠更有效地殺傷腫瘤細(xì)胞。光熱治療和壓電催化治療在腫瘤靶向富集方面也具有協(xié)同作用。通過(guò)對(duì)少層二硫化鉬進(jìn)行表面修飾，連接腫瘤靶向分子（如抗體、核酸適配體等），可以使少層二硫化鉬納米材料同時(shí)實(shí)現(xiàn)光熱治療和壓電催化治療的腫瘤靶向性。在血液循環(huán)過(guò)程中，修飾后的少層二硫化鉬能夠特異性地識(shí)別并結(jié)合腫瘤細(xì)胞表面的抗原或受體，從而富集在腫瘤組織中。在腫瘤部位，既可以利用近紅外光照射進(jìn)行光熱治療，又可以通過(guò)超聲等機(jī)械刺激進(jìn)行壓電催化治療。這種靶向協(xié)同作用能夠提高治療的精準(zhǔn)性，減少對(duì)正常組織的損傷，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的治療效果。少層二硫化鉬的光熱治療與壓電催化治療的協(xié)同作用機(jī)制涉及熱效應(yīng)促進(jìn)壓電催化反應(yīng)、活性氧物種與熱效應(yīng)協(xié)同殺傷腫瘤細(xì)胞以及靶向富集協(xié)同等多個(gè)方面。這種協(xié)同治療策略充分發(fā)揮了兩種治療方式的優(yōu)勢(shì)，為腫瘤治療提供了更高效、更安全的治療方案。在未來(lái)的研究中，進(jìn)一步深入探究協(xié)同作用機(jī)制，優(yōu)化協(xié)同治療條件，有望推動(dòng)少層二硫化鉬在腫瘤治療領(lǐng)域的臨床應(yīng)用。5.2實(shí)驗(yàn)研究與結(jié)果分析5.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法為了探究少層二硫化鉬在腫瘤治療中的應(yīng)用效果，設(shè)計(jì)并開(kāi)展了一系列實(shí)驗(yàn)，包括少層二硫化鉬的制備、材料表征、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等。采用改進(jìn)的液相剝離法制備少層二硫化鉬。具體步驟如下：首先，將一定量的塊狀二硫化鉬粉末加入到含有表面活性劑（如十二烷基苯磺酸鈉，SDBS）的去離子水中，超聲處理24小時(shí)，使塊狀二硫化鉬在超聲作用下逐漸剝離成少層二硫化鉬納米片。然后，將超聲后的混合液在離心機(jī)中以8000rpm的轉(zhuǎn)速離心30分鐘，去除未剝離的大顆粒物質(zhì)。最后，取上層清液，即得到少層二硫化鉬分散液。通過(guò)原子力顯微鏡（AFM）、透射電子顯微鏡（TEM）和拉曼光譜等手段對(duì)制備的少層二硫化鉬進(jìn)行表征。AFM用于測(cè)量少層二硫化鉬納米片的厚度，確定其層數(shù)分布；TEM用于觀察少層二硫化鉬的形貌和尺寸；拉曼光譜則用于分析少層二硫化鉬的晶體結(jié)構(gòu)和質(zhì)量。為了提高少層二硫化鉬對(duì)腫瘤細(xì)胞的靶向性，采用化學(xué)偶聯(lián)的方法在其表面修飾腫瘤靶向分子。以葉酸（FA）為例，首先將少層二硫化鉬分散液與葉酸-聚乙二醇-馬來(lái)酰亞胺（FA-PEG-MAL）溶液混合，在室溫下攪拌反應(yīng)12小時(shí)。葉酸-聚乙二醇-馬來(lái)酰亞胺中的馬來(lái)酰亞胺基團(tuán)能夠與少層二硫化鉬表面的巰基發(fā)生特異性反應(yīng)，從而將葉酸修飾到少層二硫化鉬表面。通過(guò)傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）和X射線光電子能譜（XPS）對(duì)修飾后的少層二硫化鉬進(jìn)行表征，驗(yàn)證葉酸的成功修飾。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)方面，選擇人乳腺癌細(xì)胞MCF-7和人正常乳腺上皮細(xì)胞MCF-10A作為研究對(duì)象。將兩種細(xì)胞分別接種于96孔板中，每孔接種密度為5×103個(gè)細(xì)胞，培養(yǎng)24小時(shí)使其貼壁。然后，向孔中加入不同濃度的少層二硫化鉬分散液（濃度范圍為0-100μg/mL），繼續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)。采用CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞活力，評(píng)估少層二硫化鉬對(duì)腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞的毒性。在光熱治療實(shí)驗(yàn)中，將接種有MCF-7細(xì)胞的96孔板分為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，實(shí)驗(yàn)組加入濃度為50μg/mL的少層二硫化鉬分散液，對(duì)照組加入等量的培養(yǎng)基。孵育24小時(shí)后，用功率為1W/cm2的808nm近紅外激光器照射實(shí)驗(yàn)組孔板10分鐘，對(duì)照組不進(jìn)行光照。照射結(jié)束后，繼續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)，然后采用CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞活力，計(jì)算細(xì)胞抑制率。在壓電催化治療實(shí)驗(yàn)中，將接種有MCF-7細(xì)胞的96孔板分為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，實(shí)驗(yàn)組加入濃度為50μg/mL的少層二硫化鉬分散液，對(duì)照組加入等量的培養(yǎng)基。孵育24小時(shí)后，將96孔板置于超聲清洗器中，在功率為50W、頻率為40kHz的超聲條件下處理10分鐘，對(duì)照組不進(jìn)行超聲處理。處理結(jié)束后，繼續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)，然后采用CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞活力，計(jì)算細(xì)胞抑制率。在光熱-壓電催化協(xié)同治療實(shí)驗(yàn)中，將接種有MCF-7細(xì)胞的96孔板分為對(duì)照組、光熱治療組、壓電催化治療組和協(xié)同治療組。光熱治療組加入濃度為50μg/mL的少層二硫化鉬分散液，孵育24小時(shí)后用功率為1W/cm2的808nm近紅外激光器照射10分鐘；壓電催化治療組加入濃度為50μg/mL的少層二硫化鉬分散液，孵育24小時(shí)后在功率為50W、頻率為40kHz的超聲條件下處理10分鐘；協(xié)同治療組加入濃度為50μg/mL的少層二硫化鉬分散液，孵育24小時(shí)后先進(jìn)行超聲處理10分鐘，再用近紅外激光器照射10分鐘。對(duì)照組加入等量的培養(yǎng)基，不進(jìn)行任何處理。處理結(jié)束后，繼續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)，然后采用CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞活力，計(jì)算細(xì)胞抑制率。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面，建立裸鼠人乳腺癌移植瘤模型。將對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的MCF-7細(xì)胞以1×10?個(gè)/mL的密度懸浮于PBS中，每只裸鼠右側(cè)腋下皮下注射0.2mL細(xì)胞懸液。待腫瘤體積長(zhǎng)至約100mm3時(shí)，將裸鼠隨機(jī)分為對(duì)照組、光熱治療組、壓電催化治療組和協(xié)同治療組，每組5只。光熱治療組通過(guò)尾靜脈注射濃度為5mg/mL的少層二硫化鉬分散液，每只注射0.2mL，24小時(shí)后用功率為1W/cm2的808nm近紅外激光器照射腫瘤部位10分鐘；壓電催化治療組通過(guò)尾靜脈注射濃度為5mg/mL的少層二硫化鉬分散液，每只注射0.2mL，24小時(shí)后將裸鼠置于超聲治療儀中，在功率為1W/cm2、頻率為1MHz的超聲條件下照射腫瘤部位10分鐘；協(xié)同治療組通過(guò)尾靜脈注射濃度為5mg/mL的少層二硫化鉬分散液，每只注射0.2mL，24小時(shí)后先進(jìn)行超聲照射10分鐘，再用近紅外激光器照射10分鐘。對(duì)照組通過(guò)尾靜脈注射等量的PBS。治療后，每隔3天用