综述：基于二维敏化剂的物理刺激触发动态疗法

《Coordination Chemistry Reviews》：Physical stimulus-triggered dynamic therapy based on two-dimensional sensitizers

物理刺激驱动的动态治疗利用光、超声、辐射等外部刺激激活二维材料（如TMDCs、Mxenes、CdSe量子点等）释放ROS，实现癌症等疾病的靶向治疗。本文系统综述了二维材料在光动力（PDT）、超声动力（SDT）、放射动力（RDT）疗法中的应用机制，包括材料稳定性、ROS生成效率提升策略，并探讨了当前面临的挑战如氧气依赖性、催化剂失活等，最后展望了新型二维敏化剂的设计方向。

　　近年来，随着生物医学技术的快速发展，物理刺激触发的治疗方式在癌症及其他疾病治疗中展现出巨大潜力。这类治疗手段依赖于智能诊疗平台，能够响应外部的物理刺激，如光、磁性场、超声波、X射线、射频等，从而在病变部位激活治疗剂，提高治疗的靶向性并减少对健康细胞的副作用。其中，二维（2D）材料因其独特的物理、化学和生物特性，被认为是实现动态治疗的重要载体。本文将对基于二维材料的三种物理刺激触发动态治疗方式——光动力治疗（PDT）、声动力治疗（SDT）和放射动力治疗（RDT）进行详细介绍，并探讨其在提升治疗效果方面的最新进展，同时分析其面临的挑战和未来的发展方向。

### 物理刺激触发的动态治疗

理想化的治疗方式应当具备高度的靶向性，即治疗效果仅作用于病变部位，而不影响正常组织。为了实现这一目标，研究者们开发了多种依赖内源性刺激的治疗策略，例如基于氧化还原反应、pH值变化、免疫反应和缺氧环境的疗法。这些方法在特定的病理条件下具有较高的靶向性，然而其应用受限于疾病类型和个体差异，导致治疗效果的不稳定性和较低的特异性。

相比之下，物理刺激触发的治疗方式利用外部能量源，如光、磁性场、超声波等，这些刺激能够精准地作用于病变区域，从而提高治疗的可控性和针对性。例如，光刺激可以通过特定波长的光激活光敏剂，使其在病变部位产生活性氧（ROS）或热效应，进而破坏癌细胞。而超声波则可以利用微泡作为载体，通过超声波的机械振动释放药物或触发特定的化学反应，产生ROS或热效应。此外，X射线和射频等物理刺激也可以通过纳米材料的响应，实现对肿瘤细胞的靶向治疗。

物理刺激触发的治疗方式具有显著的优势，包括局部治疗、微创性和较低的系统性毒性。这些治疗方式不仅可以直接破坏病变细胞，还能通过诱导免疫反应，提高治疗的整体效果。然而，这类疗法也存在一些局限性，例如对靶向部位氧气浓度的依赖，以及敏感材料在体内可能发生的自催化反应。为了克服这些问题，研究者们正在探索新的敏感材料设计策略，以提高其稳定性和治疗效率。

### 二维材料在物理刺激触发动态治疗中的应用

二维材料因其独特的结构和性能，成为物理刺激触发动态治疗研究的热点。自石墨烯从石墨中剥离以来，二维材料的研究取得了显著进展，出现了多种新型材料，如过渡金属二硫属化合物（TMDCs）、MXenes、Xenes、三嗪氮化碳（C?N?）和铋硫化物等。这些材料具有可调节的带隙、优异的光学和电学性能，以及良好的生物相容性，使其在多个领域具有广泛的应用前景。

在生物医学领域，二维材料被用于药物输送、生物成像和疾病治疗等方面。例如，二维材料可以作为药物载体，实现精准的靶向输送。此外，它们还能用于荧光成像、X射线计算机断层扫描（CT）成像和光声成像（PAT）等生物成像技术，为疾病的早期诊断提供支持。在治疗方面，二维材料被广泛应用于光热治疗、光动力治疗（PDT）、声动力治疗（SDT）和放射动力治疗（RDT）等动态治疗策略中。

二维材料之所以在动态治疗中表现出色，是因为它们具有独特的物理和化学特性。首先，二维材料具有较大的比表面积，使得它们能够高效地负载和释放治疗剂。其次，它们的机械强度较高，能够承受体内复杂的环境条件。此外，二维材料的光物理性质使其能够响应特定波长的光，产生ROS或热效应，从而实现对癌细胞的破坏。同时，二维材料的电子结构使其能够高效地进行电子转移，提高ROS的生成效率。

为了提高二维材料在动态治疗中的应用效果，研究者们对其进行了多种功能化修饰。例如，可以通过化学修饰引入特定的官能团，以增强其在体内的稳定性和生物相容性。此外，还可以通过表面包覆或涂层技术，提高其在体内的循环寿命和靶向能力。这些改进措施不仅提高了二维材料的治疗效果，还为其在临床应用中的可行性提供了保障。

### 光动力治疗（PDT）中的二维材料

光动力治疗是一种利用光敏剂在特定波长的光照射下产生ROS，从而破坏病变细胞的治疗方法。二维材料在PDT中的应用主要体现在其作为光敏剂或辅助材料的能力上。例如，某些二维材料能够直接吸收光能，产生ROS，而另一些则可以通过负载其他光敏剂来实现治疗效果。

二维材料在PDT中的优势在于其优异的光吸收性能和ROS生成能力。例如，石墨烯氧化物（GO）和金属有机框架（MOFs）等材料能够吸收特定波长的光，并在光照射下产生ROS，从而杀伤癌细胞。此外，二维材料的比表面积较大，使得它们能够高效地负载光敏剂，提高治疗效果。然而，二维材料在PDT中的应用也面临一些挑战，例如光敏剂的稳定性、光响应的效率以及体内环境对材料性能的影响。

为了解决这些问题，研究者们正在开发新型的二维材料，以提高其在PDT中的性能。例如，通过引入金属纳米颗粒或半导体纳米材料，可以增强二维材料的光吸收能力和ROS生成效率。此外，还可以通过表面修饰或功能化处理，提高其在体内的稳定性和靶向能力。这些改进措施不仅提高了二维材料在PDT中的应用效果，还为其在临床中的推广提供了可能性。

### 声动力治疗（SDT）中的二维材料

声动力治疗是一种利用超声波激活声敏剂，产生ROS或机械效应，从而破坏病变细胞的治疗方法。二维材料在SDT中的应用主要体现在其作为声敏剂或辅助材料的能力上。例如，某些二维材料能够响应超声波，产生ROS，而另一些则可以通过负载其他声敏剂来实现治疗效果。

二维材料在SDT中的优势在于其优异的声响应性能和ROS生成能力。例如，石墨烯、碳纳米管和某些金属纳米材料能够响应超声波，产生机械振动，进而破坏细胞膜或释放药物。此外，二维材料的比表面积较大，使得它们能够高效地负载声敏剂，提高治疗效果。然而，二维材料在SDT中的应用也面临一些挑战，例如声敏剂的稳定性、声响应的效率以及体内环境对材料性能的影响。

为了解决这些问题，研究者们正在开发新型的二维材料，以提高其在SDT中的性能。例如，通过引入微泡作为声敏剂的载体，可以增强超声波的传播效果，提高治疗的靶向性。此外，还可以通过表面修饰或功能化处理，提高其在体内的稳定性和靶向能力。这些改进措施不仅提高了二维材料在SDT中的应用效果，还为其在临床中的推广提供了可能性。

### 放射动力治疗（RDT）中的二维材料

放射动力治疗是一种利用X射线或放射性同位素激活放射敏感剂，产生ROS或热效应，从而破坏病变细胞的治疗方法。二维材料在RDT中的应用主要体现在其作为放射敏感剂或辅助材料的能力上。例如，某些二维材料能够直接吸收X射线，产生ROS，而另一些则可以通过负载其他放射敏感剂来实现治疗效果。

二维材料在RDT中的优势在于其优异的X射线吸收能力和ROS生成能力。例如，金属纳米材料如金纳米颗粒、钽氧化物和钨基材料能够高效地吸收X射线，产生ROS，从而杀伤癌细胞。此外，二维材料的比表面积较大，使得它们能够高效地负载放射敏感剂，提高治疗效果。然而，二维材料在RDT中的应用也面临一些挑战，例如放射敏感剂的稳定性、X射线响应的效率以及体内环境对材料性能的影响。

为了解决这些问题，研究者们正在开发新型的二维材料，以提高其在RDT中的性能。例如，通过引入高原子序数（Z）的元素，可以增强二维材料的X射线吸收能力，提高ROS的生成效率。此外，还可以通过表面修饰或功能化处理，提高其在体内的稳定性和靶向能力。这些改进措施不仅提高了二维材料在RDT中的应用效果，还为其在临床中的推广提供了可能性。

### 二维材料在动态治疗中的挑战与前景

尽管二维材料在动态治疗中展现出巨大的潜力，但其在实际应用中仍面临一些挑战。首先，二维材料对体内环境的适应性仍需进一步优化，以提高其在体内的稳定性和生物相容性。其次，二维材料的光、声或放射响应效率仍需提升，以确保治疗效果的可靠性。此外，二维材料在体内的代谢和排泄路径尚不明确，这可能影响其长期治疗效果和安全性。

为了克服这些挑战，研究者们正在探索多种策略。例如，通过设计具有更高稳定性的二维材料，可以提高其在体内的循环寿命和治疗效果。此外，还可以通过引入新的功能化修饰方法，提高其在特定物理刺激下的响应能力。同时，研究者们也在探索二维材料与其他治疗手段的结合，以提高治疗的整体效果。

展望未来，二维材料在动态治疗中的应用前景广阔。随着材料科学和生物医学技术的不断发展，二维材料的性能和应用范围将进一步扩大。此外，新型二维材料的开发和优化也将为动态治疗提供更多可能性。通过进一步的研究和实验，二维材料有望成为实现高效、精准和安全的动态治疗的重要工具。