同步辐射技术研究二维MoS2纳米材料和生物体的相互作用规律

　　纳米材料与生命体系的相互作用及其健康效应，是纳米科技领域的重要前沿科学问题。硫化钼纳米片（MoS₂）作为一种典型的类石墨烯无机纳米材料，具有比表面积大、丰富的电子能带、模拟酶等特性，使得其在光电、传感、催化、能量存储和转换装置等领域得到了广泛应用。近年来，基于纳米MoS₂近红外光热转换效率高、易于表面修饰、表面积大等优点，在生物医学领域也受到了广泛关注。因此，研究其生物效应和安全性至关重要。由于纳米MoS₂独特的理化性质，传统评价方法和技术已不能满足纳米材料生物效应和安全性研究的需求。 

　　基于同步辐射X射线的分析方法具有空间分辨率高、灵敏度高、准直性好、强度高等优异特性，在探索纳米材料的生物物种形态/种态、转运和纳米生物界面间相互作用等方面极具潜能。中国科学院高能物理研究所多学科中心研究团队结合北京同步辐射（BSRF）中的X射线近边吸收谱（XANES）（1W1B-XAFS实验站）和透射X射线显微成像（SR-TXM）技术（4W1A-X射线成像实验站）,在构建光功能纳米材料和过渡金属硫/氧化物的基础上，在同步辐射装置上发展了一系列新型纳米生物效应分析与表征实验技术。他们利用原位、动态的同步辐射XANES和SR-TXM技术，结合常规透射电子显微成像（TEM）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和X射线光电子能谱（XPS）等技术，在时空上优势互补，研究了不同理化特性的过渡金属硫化物与特定生物体作用过程中的蓄积、分布、转运和化学转化、降解和外排等代谢动力学行为，深入阐明了生物微环境中纳米材料的结构与生物效应的关系。利用SR-TXM技术具有的高空间分辨、较强的元素分辨、单细胞成像和XANES技术对元素与生物微环境相互作用中的化学价态和结构的清晰分析，可将纳米材料的细胞转运与化学转化关联，并结合分子与细胞生物学证据，揭示纳米材料生物学效应的化学机制，这一生物化学过程的研究是传统、单一的分析方法和技术无法完成的。研究结果表明，不同理化特性纳米MoS₂在生物体内的分布和代谢速度显著不同，这为后续深入研究其长期毒性、体内代谢行为和构效规律提供了重要依据。相关工作发表在Nanoscale, 2019, 11, 4767–4780（入选2019年Hot Article）。文章的第一作者为梅林强博士，中国科学院高能物理研究所的谷战军研究员和尹文艳副研究员以及山东科技大学的苏春建副教授为该论文的共同通讯作者。 

　　该工作得到了国家科技部重大研究计划、国家自然科学基金和北京市自然科学基金的资助。 

　　发表文章： 

　　Linqiang Mei, Xiao Zhang, Wenyan Yin, * Xinghua Dong, Zhao Guo, Wenhui Fu, Chunjian Su,* Zhanjun Gu* and Yuliang Zhao. Translocation, Biotransformation-Related Degradation, and Toxicity Assessment of Polyvinylpyrrolidone Modified 2H Nano-MoS₂. Nanoscale, 2019, 11, 4767–4780.