DOI:10.1016/j.mtnano.2021.100132

on style="white-space: normal; max-width: 100%; font-family: -apple-system, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; letter-spacing: 0.544px; background-color: rgb(255, 255, 255); box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">

硅烯作为一种新兴的二维材料，具有高比表面积、优异的光学性能、独特的电子特性以及理想的生物相容性和生物降解性等多方面特性，为其在生物医学领域提供了广阔的应用前景。迄今为止的研究表明了硅烯在生物医学应用中的非凡潜力，包括用于肿瘤治疗、生物成像和抗菌材料。本文总结了近年来二维硅烯纳米材料的制备工艺与生物医学方面的研究进展。首先，本文概述了硅烯纳米片的多种合成方法，为高质量的硅烯制备提供新思路。其次，本文介绍了基于硅烯纳米材料的最新生物医学应用进展。最后，本文总结并提出了硅基纳米材料临床转化中的相关挑战和未来发展前景。

硅烯作为硅材料的全新拓扑结构，具有独特的理化性质，在电学和光电子学应用方面取得了显著进展。随着对二维硅烯材料研究的深入，硅烯在生物医学领域的应用得到广泛的关注。初步研究表明，硅烯在生物成像、癌症诊断和治疗以及抗菌材料方面具有广阔的前景。相较于传统硅材料，硅烯用于生物医学领域具有许多吸引人的特性如:

(i) 硅烯表面具有丰富的羟基等基团，易被表面改性;

(ii)  硅烯在生理条件下可降解为安全无毒的硅酸并通过代谢排出体外；

(iii) 体外和体内研究表明，具有良好生物相容性的硅烯不会对生物体构成安全威胁，不会引起体内毒性反应；

(iv) 硅烯具有强光吸收能力和高光热转换效率，使得其可用作光热剂以及光声成像中的造影剂，有望成为新一代纳米治疗剂，实现诊治一体化。

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林院士和林翰博士在纳米材料领域的新秀期刊Materials Today Nano上发表了题为“Emerging Two-Dimensional Silicene Nanosheets for Biomedical Applications”的综述论文。

图1. 新型二维硅烯纳米材料用于生物医学应用的示意图。

图2. 二维硅烯纳米材料用于肿瘤的光响应治疗。(a) 硅烯光热剂用于光热治疗的示意图。 (b) 剥离后硅烯纳米片的 TEM 图像。 (c) 不同功率输入的 NIR-II 激光 (1064 nm) 处理下，硅烯悬浮液的光热转换升温曲线。 (d) 对照组和SNSs-BSA + NIR-II治疗组的4T1荷瘤小鼠的肿瘤红外热像图。 (e) 治疗期间荷瘤小鼠的 Kaplan-Meier 存活曲线。(f) 赖氨酸脱甲基酶3a ( KDM3A )调节二维硅烯在乳腺癌光热治疗中产生的抗性。 (g) 光热治疗后基因改变的火山图。 (h, i) 经不同治疗后乳腺癌细胞系部分蛋白质的免疫印迹。 (j) PTT/KD + PTT 通过引发DNA 损伤和细胞应激调节细胞凋亡的示意图。

硅烯独特的性质促进了其广泛的生物应用，然而基于硅烯的纳米医学临床转化仍面临巨大挑战。基于此，本文作者指出了硅烯的纳米药物发展有待解决的问题，并提出了对未来前景的展望：

（1）在制备工艺方面，需要开发更完善的硅烯制备工艺以实现大规模和稳定的生产。

（2）在长期生物安全评价方面，需要进一步探索硅烯的体内分布及硅烯与体内生物物质的相互作用关系。

（3）在硅烯纳米药物给药形式方面，对于不同的疾病可以更具针对性。

（4）未来开发硅烯在生物医学方面的新应用。

（5）建立完备的硅基纳米材料生物风险评估标准。

林翰，中国科学院上海硅酸盐研究所特别研究助理（博士后），研究工作围绕低维纳米材料的设计合成、理论模拟及其生物学效应和医学应用研究。累计在著名国际期刊上发表第一/通讯作者论文19篇，包括Science Advances, Chemical Society Reviews, Journal of the American Chemical Society, Advanced Materials, Nano Letters, ACS Nano, Advanced Science, Biomaterials等，其中，5篇论文入选ESI高被引论文，1篇论文入选ESI热点论文，国家发明专利申请受理5项。SCI论文总引用次数>4000，H-index = 29（Google Scholar）。获得中国科学院百篇优博论文、中国科学院院长特别奖和上海市高等学校优秀毕业生等奖励和荣誉，现主持国家自然科学基金委、中国科学院、上海市科学技术委员会和中国博士后科学基金会等机构资助的基金项目共6项。

施剑林，中国科学院院士，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，博士生导师。中科院首批“百人计划”入选者（1994），国家杰出青年基金获得者（1996），教育部长江学者特聘教授（2008）。担任国家重大基础研究计划和国家重点纳米专项首席科学家，同时还承担并负责多项国家自然科学重点基金、“863”材料高技术和科学院创新方向性等多项国家与地方科研项目。现主要从事无机纳米材料，介孔材料与介孔主客体复合材料的合成、非均相催化性能与环境应用；介孔纳米颗粒的可控合成及其生物相容性、多功能化、药物输运和纳米诊疗剂等方面的研究（1998至今）。最近提出了“纳米催化医学”的全新研究前沿方向，使用无毒纳米颗粒而不使用传统的有毒化疗药物，通过引发瘤内原位的催化反应达到抗肿瘤目的。