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“只需加水”的便捷制氢二维纳米片用于高效抗炎治疗

 贰师兄EPO 2022-08-29 发表于浙江

氢气 (H2) 作为一种新兴的治疗气体,具有优异的生物安全性、高组织渗透性和自由基清除能力,是一种具有广泛应用前景的抗氧化剂。然而,目前仍缺乏用于炎症性疾病治疗的便捷、高效的制氢策略。近日,中国科学院院士、中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林研究员(点击查看介绍)带领的团队发现硅-氢键修饰的硅纳米片展现出一种高效水解制氢的特性,无需任何外界能量输入在生理条件下即可释放治疗性气体氢气,对急性炎症具有良好的治疗效果。

图1. 二维氢硅烯纳米片水解制氢抗炎示意图


硅是地壳中第二丰富的元素,具有成本低、环境友好、生物相容性高以及较高的理论氢容量,即1 mol Si可获得2 mol H2。然而,从动力学角度来看,传统硅材料与水反应受到表面固体氧化物形成的影响,反应速率十分缓慢。这大大限制了硅材料制氢的应用。


在本研究中,研究人员受新兴二维纳米材料独特的理化性质启发,通过对硅材料在尺度、结构、共价修饰三个方面进行改进,突破了硅水解反应的动力学壁垒。本工作所制备的超薄二维氢硅烯纳米片,具有极高的比表面积和高反应活性的Si−H键,在水中即可释放氢气,在生理环境中能够更高效地释放氢气,具有广泛的生物医学应用前景。基于此,研究人员首创性地提出了一种“只需加水”的便捷气体治疗的策略,同时利用理论计算揭示了二维氢硅纳米片的本征产氢机制。体外实验和动物实验表明,氢硅烯作为注射剂、搽剂都表现出显著的抗炎效果,具有广泛的临床转换应用前景。

图2. 二维氢硅烯纳米片在不同溶液中的产氢效果


图3. DFT计算氢硅烯与H2O和OH-反应路径图


相关研究成果发表在Journal of the American Chemical Society,论文第一作者为硕士研究生游燕玲,同济大学博士后祝雅璇为共同第一作者,通讯作者为施剑林院士和林翰副研究员。相关研究得到了国家自然科学基金重点基金/青年科学基金、中国科学院先导重点项目、中国科协青年人才托举工程、上海市启明星等项目支持。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Water-Enabled H2 Generation from Hydrogenated Silicon Nanosheets for Efficient Anti-Inflammation

Yanling You, Ya-Xuan Zhu, Junjie Jiang, Min Wang, Zhixin Chen, Chenyao Wu, Jie Wang, Wujie Qiu, Deliang Xu, Han Lin*, and Jianlin Shi*

J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c04412


通讯作者简介

施剑林,无机化学家,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,中国科学院上海硅酸盐研究所学位委员会主席、同济大学脑与脊髓临床研究中心卓越冠名研究员,同济大学医学院教授。国际上首次提出“纳米催化医学”学术思想,开拓全新生物医学研究领域。长期从事无机纳米生物医用材料的可控合成、生物学效应及其在肿瘤诊疗、抗致病菌感染等领域的应用。在国际上首次提出“纳米催化医学”学术思想,开拓全新生物医学研究领域。近五年,承担国家自然科学基金委重点项目、上海市基础重点项目、中科院重大项目等重大科技任务。在 Nat. Nanotechnol., Sci. Adv., Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc. 等期刊上发表生物材料和纳米催化医学相关学术论文 500 余篇,SCI 他引 53,000 余次,H-index为 126,2015年至今连续入选科睿唯安全球高被引科学家。授权中国发明专利三十余件。以第一完成人获国家自然科学二等奖一项(2011年度)、上海市自然科学一等奖两项(2008、2014年度)和上海市科技进步一等奖(2009年度)一项等科技奖励。另获两院院士评选中国十大科技进展(2005)、中国青年科技奖、中科院青年科学家奖、上海市自然科学牡丹奖、上海市科技精英等科技奖励。


 

林翰,中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员。入选中国科协青年人才托举工程、上海市“科技创新行动计划”启明星计划。担任《Bone Research》编委、《Materials Today Bio》青年编委、《Exploration》青年编委、《Frontiers in Chemistry》学术编辑、上海市科技专家库评审专家。2019年于中国科学院大学获博士学位(博导:施剑林研究员)。研究工作聚焦二维生物材料的可控化学合成、理论模拟、物化性能探索和纳米催化医学等应用基础研究。在知名国际期刊上发表SCI论文共62篇,其中第一或通讯作者学术论文27篇,包括Nature Communications, Science Advances, Advanced Materials, Journal of the American Chemical Society, Nano Letters, ACS Nano, Chemical Society Reviews, Advanced Science, Materials Today等,5篇论文入选ESI高被引论文。SCI论文总引用次数为6330,H-index = 35。获中国科学院院长特别奖、中国科学院优秀博士学位论文、严东生奖特等奖等荣誉和奖励。主持科研项目8项,包括国家自然科学基金青年科学基金项目、中国科协青年人才托举工程项目、上海市“科技创新行动计划”启明星项目等。

 

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