威廉希尔理学院质料生物学研究所诸颖研究员/陈静副研究员团队联合上海交通大学樊春海院士/沈建磊副教授团队 ，，香港中文大学（深圳）唐本忠院士等团队 ，，配合研发了一种原子准确的纳米机械合成战略 ，，通太过子界面工程手艺乐成战胜了纳米界面热传导的卡皮查热阻（Kapitza resistance）效应 ，，构建了超稳固的光热纳米机械。。该研究效果近期揭晓在《自然·质料》（Nature Materials）杂志上。。
在纳米标准上控制热能的爆发及传导 ，，关于能源、催化、肿瘤的诊疗及成像等领域而言 ，，是一项主要的科学问题。。而现有的光热纳米质料受到结构可重现性、可加工性及生物相容性等限制。。
金纳米团簇（Au NCs）由于其原子准确的空间结构和小尺寸（通常为1-3纳米）等特征 ，，成为一种新型的光热纳米质料。。同时 ，，Au NCs作为生物相容质料 ，，可通过肝脏和肾脏渗透从小鼠体内扫除 ，，适用于抗癌药物的体内运送。。然而 ，，这些小尺寸纳米颗粒在光热剂应用中热稳固性差 ，，其主要缘故原由是由于卡皮查热阻效应 ，，即纳米颗粒-溶剂界面的热传导率较低 ，，使得光引发下纳米颗粒内部爆发的热能难以实时耗散到溶液中 ，，导致质料过热并爆发结构降解。。
为了战胜这一挑战性问题 ，，研究团队通过纳米界面分子工程手艺调控Au NCs纳米颗粒的界面热传导率。。通过将螺旋桨状、可自由旋转的分子转子TPE配体锚定到Au NCs的外貌 ，，设计了一种具有原子精度的光热金纳米机械。。在构建的纳米机械结构中 ，，金核吸收光子 ，，激活自由电子 ，，电子-声子耦合增进界面热传输；；；；；；而界面的TPE配体通过自动耗散将金核爆发的热量耗散到溶液中。。通过这一战略 ，，乐成构建了超稳固的光热纳米机械 ，，并将其乐成应用于肿瘤光热治疗。。
单晶X-射线衍射手艺证实了团簇外貌的TPE配体泛起一种手性螺旋排列样式 ，，配体间的π-π, C-H···π 和 H···H相互作用有利于结构的稳固性。。固体核磁、变温核磁表征效果展现团簇外貌配体可以自由运动 ，，且在高分子包裹情形及细胞情形中仍能坚持其运动 ，，为在生物系统中实现高效界面热传导提供了基础。。飞秒瞬态吸收光谱批注 ，，近红外的引发光首先引发金核内部的电子运动 ，，自由运动电子通过电子-声子 ，，声子-声子耦合等历程将引发能转达到外貌配体 ，，最终通过外貌配体振动耗散到周围溶剂中。。相比于无转子配体；；；；；；さ谋日胀糯卦5次光热循环后即爆发显着的降解 ，，超稳固的光热纳米机械在20次光热循环后依然没有显着的结构转变。。
这种原子准确的光热纳米机械体现出显著的光热转化能力 ，，其光稳固性优于常用的光热剂 ，，如金纳米棒和吲哚菁绿（ICG）。。该团队还证实晰纳米机械在细胞和小鼠体内能够坚持其结构和功效的完整性 ，，可用于荷瘤小鼠的光热疗法中 ，，实现了仅一次激光照射下的肿瘤热消融。。这一看法验证实验批注 ，，这种可一连事情的光热纳米机械有望应用于纳米制造、散热、能量转换和肿瘤光热疗法等更普遍的领域。。
这项事情获得了国家自然科学基金委、科技部、上海市科委、新基石科学基金会等项目的资助。。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-023-01721-y
