IF 16.4！超分子化学启发的生物相容性二维材料墨水：从合成到应用

本文精选

二维（2D）材料（如石墨烯、过渡金属二硫化物（TMDs）和六方氮化硼（h-BN））的出现因其独特的物理化学、光学、电学和机械性能而引起了广泛关注。此外，其原子级薄层特性使其具有机械柔韧性、高灵敏度，并易于集成到柔性基底（如纸张和塑料）上。纳米材料的表面化学决定了其许多性质，例如化学和催化活性。电子性质也可以通过表面化学改变，例如通过电荷转移的变化或表面态的存在。表面缺陷和官能团可以作为激子的陷阱位点，从而影响光学性质。此外，表面化学决定了纳米材料在胶体分散体中的稳定性和分散性，以及其生物相容性和毒性。表面化学还决定了纳米材料与生物系统的相互作用方式，影响细胞摄取、免疫反应和生物分布等。因此，能够生产具有可调表面化学的2D材料以匹配目标应用至关重要。由于其维度特性，2D材料可以通过非共价和共价方法轻松功能化。本文深入探讨了基于非共价相互作用的超分子化学在实现具有特定表面化学的2D材料稳定且高浓度的水基分散体中的作用。特别是，我们概述了我们课题组在液相剥离法制备的溶液处理2D材料领域的最新进展，其中使用芘衍生物作为超分子受体。我们重点介绍了芘衍生物稳定剂的结构与所制备纳米片的浓度、稳定性、横向尺寸和厚度分布之间的关系。随后，我们简要概述了超分子方法在印刷电子、传感、生物电子和生物医学领域的应用。我们展示了通过精心设计的芘衍生物，可以在细胞介质中实现材料的优异稳定性，这对于准确评估生物效应至关重要。我们还重点介绍了使用阳离子石墨烯治疗溶酶体贮积症的典型案例，以及使用TMD纳米片进行训练免疫和作为免疫相容性纳米平台的研究，这些研究可在单细胞和组织（亚器官）水平上进行追踪。

本文旨在为读者提供关于超分子方法设计具有定制表面化学的2D材料分散体的潜力的全面指南。这种方法预计在从组织工程到能量存储设备的许多应用中极具吸引力，因此我们希望本文能够推动该领域的进一步努力和进展，最终实现由超分子化学制备的溶液处理2D材料在实际应用中的集成。

创新点

1. 通过超分子化学方法调控2D材料的表面化学，实现稳定且高浓度的水基分散体，为2D材料的应用提供了新的功能化策略。

2. 通过设计芘衍生物稳定剂，调控2D纳米片的浓度、稳定性、尺寸和厚度分布，为2D材料的可控制备提供了新方法。

3. 开发的2D材料墨水在细胞介质中表现出优异的稳定性，为生物医学应用提供了高生物相容性的材料平台。

4. 超分子化学方法制备的2D材料在印刷电子、传感、生物电子和生物医学领域展现出广泛的应用潜力。

5. 通过超分子化学方法制备的2D材料可用于单细胞和组织水平的免疫相容性研究，为精准医学提供了新工具。

科研工作启发

1. 超分子化学方法为2D材料的表面化学调控提供了新的思路，特别是在实现高稳定性和生物相容性方面。

2. 通过设计特定的超分子稳定剂，可以实现2D材料的可控制备，满足不同应用需求。

3. 超分子化学方法制备的2D材料墨水在细胞介质中的优异稳定性为生物医学应用提供了新的材料平台。

4. 超分子化学方法制备的2D材料在印刷电子、传感和生物电子等领域的应用，为跨学科研究提供了新的工具。

思路延伸

1. 探索其他超分子稳定剂在2D材料功能化中的应用，以进一步扩展其功能和应用范围。

2. 开发能够响应外部刺激的智能2D材料墨水，实现更精准的材料调控和应用。

3. 将超分子化学方法制备的2D材料应用于药物递送、组织工程和癌症治疗等生物医学领域，开发新型治疗工具。

4. 进一步优化超分子化学方法制备的2D材料在能量存储和环境传感方面的性能，为可持续发展提供新的解决方案。

5. 开发高效、低成本的2D材料墨水规模化制备技术，推动其在实际应用中的广泛使用。

6. 通过超分子化学方法制备的2D材料推动材料科学、化学、生物学和医学的交叉研究，探索新的科学现象和应用。

在生物医学中的潜在应用

1. 药物递送系统：利用超分子化学方法制备的2D材料墨水开发药物递送系统，实现药物的精准释放和控制。

2. 组织工程：将2D材料墨水应用于组织工程，促进细胞生长和组织再生，开发新型生物材料。

3. 通过超分子化学方法制备的2D材料用于免疫治疗，增强免疫反应并抑制肿瘤生长。

4. 单细胞分析：利用2D材料墨水的单细胞和组织水平追踪能力，研究细胞的生理和病理过程，为精准医学提供支持。

Biocompatible 2D Material Inks Enabled by Supramolecular Chemistry: From Synthesis to Applications

Acc. Chem. Res. (IF 16.4)

Pub Date  : 2025-01-08

DOI : 10.1021/acs.accounts.4c00596

Khaled Parvez, Cinzia Casiraghi

入群交流

围绕二维材料Frontier研究方向，建有“学术交流群”