Sulfur-Vacancy-Engineered Two-Dimensional Cu@SnS2–x Nanosheets Constructed via Heterovalent Substitution for High-Efficiency Piezocatalytic Tumor Therapy

化学 纳米片 空位缺陷 硫黄 结晶学 压电 活性氧 催化作用 氧气 纳米颗粒 体内 纳米技术 生物化学 复合材料 有机化学 材料科学 生物技术 生物
作者
Xinyu Ma,Binbin Ding,Zhuang Yang,Sainan Liu,Zhendong Liu,Qi Meng,Hao Chen,Jing Li,Ziyao Li,Ping’an Ma,Jun Lin
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (31): 21496-21508 被引量:16
标识
DOI:10.1021/jacs.4c04385
摘要

Ultrasound (US)-mediated piezocatalytic tumor therapy has attracted much attention due to its notable tissue-penetration capabilities, noninvasiveness, and low oxygen dependency. Nevertheless, the efficiency of piezocatalytic therapy is limited due to an inadequate piezoelectric response, low separation of electron–hole (e––h+) pairs, and complex tumor microenvironment (TME). Herein, an ultrathin two-dimensional (2D) sulfur-vacancy-engineered (Sv-engineered) Cu@SnS2–x nanosheet (NS) with an enhanced piezoelectric effect was constructed via the heterovalent substitution strategy of Sn4+ by Cu2+. The introduction of Cu2+ ion not only causes changes in the crystal structure to increase polarization but also generates rich Sv to decrease band gap from 2.16 to 1.62 eV and inhibit e––h+ pairs recombination, collectively leading to the highly efficient generation of reactive oxygen species under US irradiation. Moreover, Cu@SnS2–x shows US-enhanced TME-responsive Fenton-like catalytic activity and glutathione depletion ability, further aggravating the oxidative stress. Both in vitro and in vivo results prove that the Sv-engineered Cu@SnS2–x NSs can significantly kill tumor cells and achieve high-efficiency piezocatalytic tumor therapy in a biocompatible manner. Overall, this study provides a new avenue for sonocatalytic therapy and broadens the application of 2D piezoelectric materials.
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