蛋白质化表面重构解耦易氧化二维纳米硼烯（borophene, BPH）的环境稳定性与细胞内降解

《ACS Nano》：Proteinized Surface Remodeling Decouples Environmental Stability from Intracellular Degradation in Oxidation-Prone 2D Nanoborophene

　　

硼烯（borophene, BPH）为单原子层硼同素异形体，具有优异电学与力学性质，但本质受限于在水相与生理环境中过度易发生氧化降解。研究人员利用人血清白蛋白（human serum albumin, HSA）进行蛋白质辅助剥离，建立动态生物界面鞘（biointerfacial sheath, BIS），使环境稳定性与细胞内降解实现解耦。HSA通过多价疏水、静电及硫醇介导相互作用形成稳固BIS，驱动剥离为超薄纳米片，并抑制空气与血清诱导的氧化。蛋白质化硼烯（proteinized BPH, PBPH）具有增强的胞外胶体与化学稳定性；而在细胞摄取后，同一界面促进快速活性氧（reactive oxygen species, ROS）驱动降解，导致晶格碎裂、结晶度丧失，并转化为可溶性硼酸盐类物种。多模态分析证实PBPH具有加速降解动力学与 environ?mental stability。这些结果凸显蛋白质冠（protein corona）作为纳米材料归宿的主动调控者，可在易氧化二维体系中实现胞外持久性与胞内清除的可编程解耦。

论文解读

研究背景方面，二维（two-dimensional, 2D）纳米材料因可调表面化学、超薄尺寸与独特理化性质，广泛用于生物传感、药物递送与组织工程。硼烯（borophene, BPH）是原子级薄硼同素异形体，具金属导电性、低原子质量、面内力学各向异性与狄拉克样电子行为，β₁₂与χ₃多型体具有高载流子迁移率、负泊松比与优于部分方向的石墨烯力学强度。然而BPH在水相与生理环境中极易氧化，电子富集表面促使硼氧化物（如B₂O₃）与有机硼酸形成，损害结构完整性与生物功能。传统PEG化或聚合物接枝因BPH本征不稳定而效果差或有害，因此需控制其在生物环境中的转化而非仅抑制氧化。蛋白质冠通常被视为被动涂层，但研究人员假设人血清白蛋白（human serum albumin, HSA）可通过蛋白质辅助剥离（protein-assisted exfoliation, PAE）形成动态生物界面鞘（biointerfacial sheath, BIS），在胞外稳定BPH、在胞内允许可控降解。该论文发表于《ACS Nano》。

主要关键技术方法方面，研究人员采用微流控错列鲱骨混合器实现BPH与HSA快速均质混合；用X射线光电子能谱（XPS）、高分辨透射电镜（HRTEM）、冷冻电镜（cryo-TEM）、原子力显微镜（AFM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）与小角X射线散射（SAXS）表征结构；用等温滴定量热（ITC）定量HSA-BPH结合；用高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）、飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）、姜黄素-硼酸（rosocyanine）光学 assay 分析氧化降解；用A549细胞模型，以ICP-MS/OES定量硼含量，以CM-H2DCFDA测ROS，以阿扑吗啡（apocynin）抑制ROS，以暗场高光谱成像（HSI）与细胞内TEM观察归宿与超微结构；未涉及特殊患者样本队列。

研究结果方面，Rationale-Driven Formation of HSA-Stabilized Proteinized Borophene (PBPH) Biointerfacial Sheath (BIS) Complexes：通过UV–vis、Raman与FTIR证明BPH氧化随H₂O₂浓度加剧；相较半胱氨酸等小分子，HSA更好维持分散与结构完整，微流控混合产生稳定水溶液PBPH。

Protein-Assisted Exfoliation Reconfigures BPH into Biointerfacial Sheath-Stabilized Nanosheets：XPS保留B–B与B–O峰并出现C 1s、N 1s，证HSA吸附；HRTEM/cryo-TEM显示更薄纳米片，晶面间距约0.29 nm，β₁₂多型体结晶性保留。

Biointerfacial Sheath-Driven Exfoliation and Structural Reorganization of Borophene across Scales：时间分辨cryo-TEM见5–30 min由多层堆垛到明显剥离；SEM见堆叠减少；XRD见低角峰衰减与无定形蛋白宽峰；全原子分子动力学显示HSA吸附层间距约60.6 ?。

Quantitative Characterization of the Albumin Biointerfacial Sheath：ITC得表观K_d为7.65×10^–8 M、n为2.02，熵驱动强结合；PEG热信号可忽略，血清为异质无饱和；HSA的Cys34可能形成B–S键。

ROS-Driven Differential Degradation Kinetics in BPH and PBPH with Preserved Structural Integrity：HPLC-MS、XPS、ToF-SIMS与rosocyanine assay共证PBPH氧化较慢；准一级动力学中BPH的k≈0.0107 min^–1，PBPH的k≈0.0085 min^–1；HSA/BSA明显优于PEG与血清。

In Vitro Cellular Uptake and Degradation Dynamics of BPH and PBPH：通路抑制显示BPH偏网格蛋白内吞，PBPH偏巨胞饮；ICP-MS/OES见双相胞内硼曲线，1–3 h上升、12–72 h趋稳；ROS丰富时PBPH保留更高。

Intracellular ROS and Endolysosomal Processing Govern PBPH Degradation：CM-H2DCFDA示PBPH升ROS；apocynin降ROS与胞内硼；说明ROS、内溶酶体酸化与酶重塑HSA鞘共同促降解。

Hyperspectral Microscopy Reveals Intracellular Optical Signatures and Transformation Pathways：暗场HSI中BPH胞质与核谱相近，PBPH胞质/核谱分化，反映胞内界面重构与转化。

HRTEM Analysis of Intracellular Structural Degradation：0.5 h见电子致密内吞物，4 h见晶格部分丢失，48–72 h无完整晶格，证实ROS环境下BIS先稳进、后促降解。

讨论与结论部分总结：研究人员将蛋白质冠从被动涂层重新定义为活性调控界面。预构筑HSA-BIS不同于生理中不断交换的自发蛋白质冠，它抑制胞外过早氧化、允许胞内ROS/酸性/酶环境下降解，降低生物蓄积，契合强调安全与可降解的纳米监管框架。结论为蛋白质化表面剥离使易氧化2D材料获得环境稳定与胞内清除可编程解耦；Proteinized surface remodeling decouples environmental stability from intracellular degradation in oxidation-prone 2D nanoborophene；该策略把硼纳米化学与细胞氧化还原生物学桥接，为瞬态、可响应、可清除的硼烯基生物纳米器件提供依据。