低频率超声波作用在乳腺癌小鼠身上5分钟后，覆盖在肿瘤部位上的“装甲”开始启动，形成了一个强大的内置电场，原地催化产生能清除肿瘤的活性氧。2小时后，肿瘤细胞陆续凋亡......哈工程材化学院团队完成的这一实验，揭示了一种精准、高效的“压电催化”抗癌治疗新机制。与使用高毒性化疗药物的治疗方法相比，该催化肿瘤治疗方法高效、特异性强、安全性高，以更稳定和高效的氧化还原反应结果的动态控制，为压电材料靶向肿瘤治疗的设计提供了新的思路。

哈工程材化学院盖世丽教授及所在无机功能材料应用基础研究团队取得的这一创新成果日前以“富氧空位BiO2−x纳米片用于压电催化、声热和酶催化治疗”为题发表在材料领域顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。材化学院博士生杨露为论文第一作者，盖世丽教授为第一通讯作者，长春应用化学研究所林君研究员为共同通讯作者，哈尔滨工程大学为第一单位。

产生更多活性氧，提高压电催化治疗效率

恶性肿瘤的发病率逐年递增，已经成为人类健康的最大敌人，目前开发安全且高效的治疗方式已成为多方关注的热点问题。近三年，压电催化治疗成为一个新的研究热点。压电催化治疗的主要机理是响应肿瘤部位的特异内场微环境或外源性激光、超声作用场，利用无毒/低毒纳米材料引发瘤内原位催化反应，可以高效实现肿瘤细胞的氧化损伤及细胞死亡。

BiO2-x纳米片在超声作用下压电催化、声热和酶催化治疗肿瘤的机制示意图

但在临床应用中，压电催化治疗研究仍处于起步阶段，由于纳米材料获得的能量不足以启动氧化还原反应，治疗效率仍然偏低。盖世丽及所在团队从材料结构设计入手，利用缺陷工程策略制备了富含氧空位的BiO2−x纳米片，并首次应用于癌症的压电催化治疗、酶催化治疗和声热治疗的协同作用。

BiO2−x纳米片形貌、晶体结构和化学组成

BiO2−x纳米片注射入体内后，仿佛给患病部位穿上了“装甲”。超声激活条件下，“装甲”启动，形成一个强大的内置电场，加速电子和空穴分离，随后在原位催化产生有毒的羟基自由基和超氧阴离子等活性氧物种，从而达到肿瘤清除的目的。根据有限元建模模拟，内置电场能够调节能带排列，使有毒活性氧的产生更具能量优势。

精准摧毁肿瘤细胞，生物安全性高

详细的体外细胞水平评估和小鼠体内肿瘤异种移植评估都表明，可注射的BiO2−x纳米片将显著诱导超声辐射触发的细胞毒性和压电催化肿瘤清除。在细胞层面，超声处理后可以明显地观察到细胞死亡，同时在细胞内检测到了生成的活性氧物种。在动物层面，通过瘤内注射BiO2−x纳米片，超声后观察到显著的肿瘤清除效果，并且对小鼠的正常器官，以及血液指标都没有影响，表明具有较好的体内生物安全性。核心元素Bi常用于胃药成分，无毒，成本低。采用的外源性超声具有安全性高、无创、生物耐受性好、时空可控以及组织穿透深度高等优点，能够精准引发治疗，副作用小。

目前实验结果仍仅仅在小动物水平得到了验证。“想要应用于临床，仍需要大量的试验。不过可以肯定的是，我们找到了能够提升肿瘤治疗效率和治疗安全性的新方法，这是一个正确的研究方向。”盖世丽认为，该项研究工作有力支撑学校材料学及“医工”交叉学科的快速发展，对实现超声引导抗癌治疗剂的设计制备、机理突破和疗效评估等方面具有重要的指导意义。