文 献 综 述

黑磷在生物医学领域的应用

摘要：黑磷（Black Phosphorus，BP），也被称为黑磷烯（Phosphorene），由于其独特的结构和性能，自2014年首次成功剥离以来，便吸引了高度的科学关注。尤其是其出色的光学和机械性能，导电性和电子传输能力，促成了其作为生物医学应用中石墨烯基材料的替代品的不断增长的需求。虽然这种材料的前景看起来很有希望，但其实际应用仍然非常具有挑战性。在这篇综述文章中，我们讨论了使BP成为生物医学应用的潜在平台的独特性质。然后回顾其在生物医学应用领域的最新进展，如生物传感，药物传输，光声成像和癌症治疗（即光热疗法和光动力疗法）。最后简要讨论了BP在生物医学应用领域的现有挑战和未来前景。

关键词：黑磷；生物传感；药物运输；光生成像；光热和光动力疗法

1.引言（Introduction）

黑磷是一种具有正交结构且形态最稳定的磷的同素异形体，具有黑色金属光泽，一般是由白磷或者红磷在高温高压下转化而成 ¹。黑磷晶体是通过层与层之间的范德华相互作用结合，以褶皱层堆叠方式形成的，因此，可以通过机械剥离²，或者液相剥离³的方式，分离出单层或少层的纳米薄片。自2014年以来，黑磷纳米材料因其优越的光电学性能被广泛应用于场效应晶体管、薄层光电管等方面⁴。除此之外，BP表现出直接和可调节的带隙，这取决于层数（即块状：约0.3eV，双层：约1.88eV，单层：约2.0eV），BP带隙的宽调谐范围允许在可见光，红外和紫外区域广泛吸收⁵，因此与其他2D材料相比，其优异的光学性质有助于荧光和比色检测各种类型的生物分析物（如DNA，蛋白质和无机离子）。这种独特的光学特性还使得BP能够有效地用于生物传感，光声成像，光动力疗法，光热疗法和药物输送⁶。

2.黑磷用于生物传感（Biosensing）

靶向生物标记物（Targeted biomarkers）通常以极低浓度存在于临床血液样品中，需要开发高度灵敏和特异性的医用生物传感器。BP纳米片和BP纳米粒子（BPNPs）由于其优良的电气和电化学性能⁷，荧光性质⁸和电子传递能力^{9, 10}，已被应用于电气，电化学，荧光和比色生物传感。

2.1场效应晶体管生物传感器（Field Effect Transistor (FET) biosensors）

目前已经有许多关于2D材料的FET传感应用的已发表的研究成果。最近的一项研究表明，生物素功能化的几层MoS₂ FET传感器可用于检测链霉亲和素作为模型分析物，检测限为1 #215;10^-4 nM。由于其高开关电流比，这种传感器比石墨烯传感器（检测极限为7#215;10^-3nM的链霉亲和素）具有更高的灵敏度¹¹。

与其他2D材料相比，BP由于高度灵敏的电气特性和可功能化的表面，可能更适合用于FET生物传感。重要的是，BP显示出优异的传感性能，特别是由于其有限的带隙和高载流子迁移率¹²，使得它可用于其他生物分子的灵敏检测。

2.2电化学生物传感器（Electrochemical biosensor）

研究者对于BP在开发电化学生物传感器方面也进行了广泛的探索⁷。事实上，由于其良好的导电性，几种2D材料（例如石墨烯和GO）在电化学传感中显示出巨大潜力^{13, 14}。例如，GO已被用于灵敏的电化学检测白血病分数约10^-11的白血病细胞和宫颈癌生物标记物¹⁵（如癌胚抗原（CEA）和鳞状细胞癌抗原（SCCA））的白血病细胞，检测限分别为0.013 ng / mL和0.010 ng / mL。

2.3荧光生物传感器（Fluorescent biosensor）

除了电化学检测之外，BPNPs已被用作基于荧光的感测中的纳米荧光团。 类似于其他二维材料（例如GO），BP具有优异的光学性质和荧光性质，使其成为高效荧光猝灭剂⁸。特别的是，BPQD具有高量子产率，良好的光稳定性和尺寸可调的吸收和发射许多优点。另外，包括BP的大小、形状和成分在内的各种参数可以很容易地进行操作，以达到所需的高灵敏度荧光检测的光电特性¹⁶。 因此，BP的猝灭效率可能优于现有的有机猝灭剂。