中国组织工程研究

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (28): 4523-4530.doi: 10.12307/2021.068

• 生物材料综述 biomaterial review • 上一篇    下一篇

二维过渡金属碳(氮)化物在生物传感器、抗菌载药和生物成像等领域的应用

高  炜1，2，3，邢文阁1，2，3，郭亚萍4，张永光4，李明君4，杨  磊4，梁春永4   

  1. 1天津医科大学肿瘤医院，国家肿瘤临床医学研究中心，天津市  300060；2天津市“肿瘤防治”重点实验室，天津市  300060；3天津市恶性肿瘤临床医学研究中心，天津市 300060；4河北工业大学材料科学与工程学院，健康科学与工程研究中心，天津市  300401
  • 收稿日期:2020-06-12 修回日期:2020-06-16 接受日期:2020-07-14 出版日期:2021-10-08 发布日期:2021-05-21
  • 通讯作者: 李明君，讲师，河北工业大学材料科学与工程学院，健康科学与工程研究中心，天津市 300401 杨磊，教授，河北工业大学材料科学与工程学院，健康科学与工程研究中心，天津市 300401
  • 作者简介:高炜，男，1980年生，天津市人，汉族，博士，主治医师，主要从事肿瘤介入学以及生物材料合成研究。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划数字诊疗装备研发重点专项项目(2017YFC0114000)子项目(2017YFCO114004)，项目参与者：邢文阁；天津医科大学肿瘤医院院级课题(1711)，项目负责人：高炜

Application of MXene in biosensors, antibacterial drug loading and biological imaging

Gao Wei1, 2, 3, Xing Wenge1, 2, 3, Guo Yaping4, Zhang Yongguang4, Li Mingjun4, Yang Lei4, Liang Chunyong4    

  1. 1Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital, National Clinical Research Center for Cancer, Tianjin 300060, China; 2Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy, Tianjin 300060, China; 3Tianjin’s Clinical Research Center for Cancer, Tianjin 300060, China; 4Center for Health Science and Engineering, School of Materials Science and Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China
  • Received:2020-06-12 Revised:2020-06-16 Accepted:2020-07-14 Online:2021-10-08 Published:2021-05-21
  • Contact: Li Mingjun, Lecturer, Center for Health Science and Engineering, School of Materials Science and Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China Yang Lei, Professor, Center for Health Science and Engineering, School of Materials Science and Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China
  • About author:Gao Wei, MD, Attending physician, Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital, National Clinical Research Center for Cancer, Tianjin 300060, China; Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy, Tianjin 300060, China; Tianjin’s Clinical Research Center for Cancer, Tianjin 300060, China
  • Supported by:
    National Key Research and Development Project, grant No. 2017YFC0114000, 2017YFCO114004 (to XWG); Research Project of Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital, grant No. 1711 (to GW)

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摘要：

文题释义：
生物传感器：是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器，由3部分构成：固定化的生物敏感材料作识别元件(包括微生物、抗体、抗原、细胞、组织、酶、核酸等生物活性物质)，适当的理化换能器(如光敏管、氧电极、压电晶体、场效应管等)，信号放大装置。生物传感器可以作为接受器和转换器。
药物递送系统：是指在空间、时间及剂量上全面调控药物在生物体内分布的技术体系，目标是在合适的时机将适量药物递送到正确位置，致力于提高药物的利用效率、降低成本、减少毒副作用。药物递送系统研究融合了医学、药学及工学的研究内容，研究对象为药物、搭载药物的载体材料及装置、对药物或载体等进行物理化学改性、修饰的相关技术。

背景：新兴的二维材料在众多研究领域已经成为了研究热点，过渡金属碳(氮)化物(MXene)二维材料具有优异的物理化学性质，其在能源、催化、生物等相关领域有了广泛的应用。
目的：针对过渡金属碳(氮)化物在生物领域的目前发展及未来前景做一综述。
方法：应用计算机在Web of Science、CNKI中国期刊全文数据库和中国万方数据库检索涉及过渡金属碳(氮)化物生物领域的相关研究，检索关键词为“Biomedical MXene，MXene Biosensor，MXene Synergistic Therapy；生物医用MXene；MXene生物传感器；MXene协同治疗”，检索时间设置为2011年3月至2020年5月。
结果与结论：低细胞毒性、高比表面积、强而宽的近红外吸收使过渡金属碳(氮)化物家族成为生物医学应用中最有前景的材料之一。过渡金属碳(氮)化物结构中含有丰富的含氧基团，具有高度的功能化潜力，使过渡金属碳(氮)化物纳米片在生物医学领域表现出良好的性能。因此，过渡金属碳(氮)化物目前正在将其应用领域从机械、光学和电子领域扩展到生物医学领域。过渡金属碳(氮)化物在诊断成像、抗菌制剂、生物传感、药物传递等方面具有独特的潜力。虽然有研究表明过渡金属碳(氮)化物具有理想的短期生物相容性，但系统评估长期体内生物安全性对于扩大其生物医学应用至关重要。通过未来的研究，有望观察到过渡金属碳(氮)化物新家族的合成及其在生物医学科学中的光明前景。

https://orcid.org/0000-0003-4306-4744 (高炜)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 材料, 二维材料, 金属碳(氮)化物, MXene, 纳米片, 生物医学, 生物传感器, 协同化疗, 综述

Abstract: BACKGROUND: The emerging two-dimensional materials have become a research hotspot in many research fields, among which MXene two-dimensional materials have been widely used in energy, catalysis, biology and other related fields due to their excellent physicochemical properties.
OBJECTIVE: To summarize the current development and future prospects of MXene in the biological field.
METHODS: A computer-based online search of Web of Science, CNKI, and Wanfang databases was performed to retrieve studies regarding MXene in the biological field published between March 2011 and May 2020 with the search terms of “Biomedical MXene, MXene Biosensor, MXene Synergistic Therapy” in English and Chinese.
RESULTS AND CONCLUSION: Low cytotoxicity, high surface area, and strong and wide Near Infrared (NIR) absorption make the MXene family one of the most promising materials for biomedical applications. MXene structure contains abundant oxygen-containing groups which have a high degree of functionalization capability, enabling MXene nanosheets good performance in biomedical field. Therefore, MXenes are currently expanding their usage territory from mechanical, optical, and electronic fields toward biomedical areas. MXenes possess a unique potential for diagnostic imaging, antimicrobial agents, biosensor, and drug delivery. Although the present studies have shown desirable short-term biocompatibility of the MXenes, systematic assessment of long-term in vivo biosafety is essential for the expansion of their biomedical applications. By future investigations, it is expected to observe a rapid growing in the synthesis of new families of MXenes and their bright perspective in biomedical sciences.

Key words: material,  two-dimensional material, MXene, nanosheets, biomedicine, biosensor, synergistic therapy, review

中图分类号: