癌症已成为目前危害人类健康的主要疾病之一。癌症治疗所面临的挑战包括药物利用率低，效果差且易复发等问题。据全球癌症发病和死亡预测数据，2020年预计全球癌症发病1650.5万人，死亡人数将达1036.0万人，中国2030年癌症病发500万人，死亡人数将达386万人。肿瘤发病率/死亡率的升高，推动中国抗肿瘤药物市场高速发展。据IMS数据，2012 ~ 2016年中国抗肿瘤药物市场由603亿元增长至1109亿元，年均复合增长率约为16.5%，预计2018年市场规模可达1447亿元，未来十年的市场空间依然很大。2020年全球医疗消费将达1.4万亿美元，环比2015年复合增长率为4% ~ 7%。全球抗肿瘤药物市场复合增长率为6.5%，截至2020年，全球肿瘤药物花费将超过1500亿美元，抗肿瘤药将占有医疗消费11%的市场。

 

癌症在世界范围内严重威胁人类的生命健康。针对此问题，深圳大学张晗教授团队联合深圳市人民医院、瑞典卡洛琳斯卡医学院Yihai Cao教授团队创新性地设计研发了近红外光响应的黑磷水凝胶材料，用于抗癌药物的负载和可控释放。黑磷由于具有超越石墨烯的优异性能而受到科学界的广泛关注。黑磷具有可调节直接带隙、近红外光响应特性、高光热转化效率等。黑磷独有的生物相容性和可降解性，使其成为优秀的智能光响应生物医药材料。

 

黑磷用于在生物医学领域的应用主要有三大潜力：药物载体、光热疗法及光动力疗法新材料、肿瘤的光声成像。作为药物载体，二维黑磷纳米片的载药效率可达950%，并且药物通过非化学键吸附到黑磷纳米片时，药物的活性、靶向性都不受影响，保证了它作为药物载体的基本要求。黑磷作为药物载体可用于实体瘤的治疗，如肝癌、乳腺癌、肺癌等。通过纳米材料在实体瘤中的EPR（增强穿透及滞留）效应的被动靶向以及对黑磷表面进行修饰后的主动靶向，可以将药物精确地运送到肿瘤内部，实现肿瘤的靶向治疗。同时药物负载在黑磷纳米片中，可有效降低血液中的药物浓度，降低药物的副作用。而由于黑磷纳米片本身可穿透血脑屏障，它也有望将特定的药物运载到大脑实质，从而在脑部肿瘤的治疗中发挥作用。

 

该团队采用非接触式探头超声液态剥离方法，成功制备了高质量二维层状磷烯纳米片，并与抗癌药物一起集成到生物可降解温敏水凝胶材料中，制备出智能黑磷水凝胶材料。该材料可以通过无创方式注射到体内肿瘤组织，在近红外光的照射下，材料内的黑磷能够产生局部高热，这些热量一方面可以用于肿瘤的光热治疗，另一方面也能够驱动药物的释放。释放药物的速率可以通过激光的光场强度、照射时间、黑磷浓度等多种参数进行自动、可控地精确调控，最终达到治疗肿瘤的效果。术后该材料自动降解为天然无毒产物，可以极大地改善患者的生存质量。

 

团队负责人、深圳黑磷光电技术工程实验室主任张晗教授表示，基于黑磷在生物医学上所具备的独特优势，结合先进激光技术，交叉协调创新，有望为癌症患者的治疗提供新的思路和视野。该研究的成功临床转化，将加快人类治愈癌症的进程。

 

本成果以 Novel concept of the smart NIR-light–controlled drug release of black phosphorus nanostructure for cancer therapy 为题于2018年1月2日发表在PNAS上（DOI: 10.1073/pnas.1714421115）。

 

张晗教授将在第十三届全国激光技术与光电子学学术会议上就该项成果及黑磷在生物光子技术领域的应用做邀请报告。

 

论文链接：

http://www.pnas.org/content/early/2018/01/01/1714421115.abstract