研究方向

概述

     我们致力于发展新的模型典范,用于理解纳米材料与生物系统相互作用;我们也致力于开拓革新的策略,促进纳米材料的生物医学应用。合成化学、材料化学、分子生物学、细胞生物学和动物生物学等多种学科被交叉应用,促进基础研究、原理验证与阐释及产品的产出。 我们当前着重关注于具有优良光电子特性的纳米材料对于生物体系及疾病的操控。

 

1. 纳米材料的毒性生物效应及安全性设计。纳米材料的毒性响应与其自身物理化学性质密切相关,性质-活性关系的建立有助于深入理解纳米材料的毒性机理、预测纳米材料的潜在风险及合理的安全性设计。

 

纳米材料与生物系统的能带匹配能够促进电子由生物系统向纳米材料的转移,从而导致生物系统自身的氧化性损伤。(H. Zhang, A. Nel* et al; ACS Nano 2012, 6, 4349-4368;  H. Zhang, A. Nel*, et al; J. Am. Chem. Soc., 2014, 135, 6406-6420. )

 

硅纳米材料表面的三元环具有很高的反应活性,使得硅纳米材料能够与细胞表面发生强烈的相互作用,释放自由基,破坏细胞膜,导致细胞死亡。(H. Zhang, C.J. Brinker* et al; J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 15790-15804. )

 

纳米材料晶面上差异性的原子排布会导致不同的表面反应性,由此能够导致生物系统不同程度的毒性。(N. Liu, H. Zhang*, et al; ACS Nano, 2016, 10, 6062- 6073; Y. Chang, H. Zhang*, et al; Nanotoxicology2017, 11, 907-922.)

 

 

2. 纳米材料的光治疗应用。光热及光动力治疗已经吸引了广泛的关注,其远程操控能力、增加的选择性、低的全身毒性有助于实现癌症的其非侵入性治疗。光动力治疗源于光致条件下的活性氧物种的产生,而光热治疗源于材料自身的光致生热能力,由此产生对生物体系热损伤作用。 

深能级缺陷被发现在Bi2S3纳米棒的光热特性中扮演着关键角色。当表面修饰金纳米点之后,形成的B2S3-Au异质纳米棒能够具有更高密度的深能级缺陷,从而导致更为显著的体内体外光热治疗效果。(Y. Cheng, H. Zhang*, et al; Angew Chem Int Ed Engl  2018, 57, 246-251.)

 

Au-CuS yolk-shell纳米粒子内部由金核向CuS壳的共振能量传递 能够显著提升CuS壳内d电子转移和羟基自由基的生成,导致增强的光热和光动力特性。光在壳核间的多次反射能够进一步延长光程,从而显著的提高光的利用率。 (Y. Chang, H. Zhang*, et al; Nano Lett. 2018, 18, 886-897.)

 

 

3. Gene screening in three dimensional (3D) cell culture medium. 三维细胞媒介下的基因筛选。负载基因的磁性纳米颗粒在外磁场的驱动下用于水凝胶包裹下的三维细胞的转染,从而实现在3D细胞芯片上的基因高通量筛选。 (H. Zhang, S. Sharfstein*, ACS Nano, 2010,4,4733-4743; H. Zhang, S. Sharfstein*, Small2012, 8, 2091-2098.)              

 

 

4. Bacteria inactivation and wound healing.  

   
   

 

 

5. Nanomaterial-mediated stem cell differentiation and tissue engineering.