多孔TiO2@Ag2O p-n异质结的构建及其在声动力/声热协同肿瘤治疗中的增效机制研究

为解决单组分声敏剂在声动力治疗（SDT）中效率不足的问题，研究人员设计了一种多孔TiO2@Ag2O（TA）p-n异质结纳米材料，通过内置电场促进载流子分离，同时结合声热效应（STT）实现协同抗肿瘤。该研究首次证实了增强空化效应提升声热能力的可行性，为多机制联合治疗提供了新策略。

　　

恶性肿瘤的高发病率和易转移特性一直是生物医学领域的难题。传统治疗方法如手术、化疗和放疗常伴随耐药性和正常组织损伤等副作用。非侵入性治疗手段中，声动力治疗（SDT）因超声波的高组织穿透深度和低副作用展现出巨大潜力。然而，单组分声敏剂在活性氧（ROS）生成效率与氧化还原电位范围之间存在矛盾，且载流子快速复合限制了治疗效果。

为解决这些问题，中国科学院的研究团队设计了一种多孔TiO₂@Ag₂O（TA）p-n异质结纳米材料。通过构建内置电场和能带弯曲，TA有效分离电子-空穴对，并通过载流子弛豫产生声热效应。研究首次提出通过增强空化效应提升声热能力，实现了SDT与声热治疗（STT）的协同增效。

关键方法
研究采用软模板法合成均匀分散的TiO₂纳米颗粒，通过原位生长Ag₂O构建p-n异质结，并修饰透明质酸（HA）提升生物相容性。通过电子显微镜、能谱分析和超声辐照实验验证材料特性，结合细胞实验评估线粒体功能、DNA损伤及凋亡效应。

研究结果

1. 材料表征：TA呈橄榄球形，粒径约100 nm，Ag₂O均匀覆盖TiO₂表面，形成清晰的p-n界面（图1A）。
2. 声动力机制：US辐照下，TA产生大量·OH和¹O₂，攻击线粒体并破坏DNA，诱导细胞凋亡。
3. 声热效应：载流子弛豫和空化气泡破裂导致局部升温（体外53.5°C，体内48.7°C），显著增强STT效果。

结论与意义
该研究通过多孔p-n异质结设计，首次实现SDT与STT的协同抗肿瘤。TA的内置电场和能带调控不仅提升了ROS产率，还通过声热转换增强治疗效果。这一策略为异质结材料在肿瘤治疗中的应用提供了新思路，并开创了空化效应增强声热能力的先例。论文发表于《Acta Biomaterialia》，由Zhizi Ma、Ziyong Cheng等共同完成。