近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心王辉研究员与张欣研究员课题组合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF）电子顺磁共振测量技术，成功研发了一种新型的碳包覆铁酸镍（NFN@C）纳米催化剂，并展现了其在抗肿瘤治疗中的强大潜力。相关研究成果已发表在Advanced Functional Materials 期刊。
该研究通过将镍元素掺入Fe3O4的晶体结构中，设计出了一种具有碳包覆层的铁酸镍纳米催化剂（NFN@C）。镍的掺入显著调节了纳米催化剂的电子结构，优化了其催化性能，使得该催化剂在肿瘤微环境中能够更高效地催化过氧化氢（H2O2）转化为羟基自由基（·OH），从而提升化学动力学治疗（CDT）的效果。通过电子顺磁共振测量技术，研究团队观测到了·OH的特征峰，并发现镍掺入后·OH信号增强，这进一步证实了电子密度调控对提升NFN@C芬顿（Fenton）反应效率的积极作用。
此外，NFN@C在近红外二（NIR-II）光照射下还展现出卓越的光热转化能力，为肿瘤治疗提供了光热治疗（PTT）与CDT的协同作用，增强了其抗肿瘤效果。
研究团队还通过理论计算深入分析了镍掺入对NFN@C纳米催化剂电子结构的影响。计算结果表明，镍的掺入改变了催化剂中反应活性中心的局域电子密度，从而降低了Fenton反应的活化能，显著提高了反应的选择性和效率。该计算结果为进一步优化纳米催化剂的设计提供了理论依据，也为类似纳米材料在其他应用中的优化提供了新的思路。
实验结果显示，NFN@C不仅在体外实验中展现了优异的抗肿瘤效果，在动物实验中也证明了其优越的肿瘤抑制能力。结合NIR-II光照射，NFN@C能够有效提高肿瘤细胞的死亡率，展现出更强的治疗效应。同时，该纳米催化剂的优化设计，不仅增强了催化活性，还克服了传统治疗方法在精准性和疗效上的不足，为未来的癌症治疗提供了新的方向。
这项研究为纳米催化剂的设计与优化提供了宝贵的经验，特别是在调节纳米催化剂电子结构方面的创新，可以为其他类型的癌症治疗和精准医疗提供更多技术支持。
该项研究获得了国家重点研发计划、安徽省杰出青年科学基金、合肥物质院拔尖人才培育计划、强磁场安徽省实验室方向基金、安徽省博士后科学基金等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202422270
图 1. NFN@C催化剂的合成及肿瘤催化治疗示意图。
