作为首个被成功制备的单元素二维半导体，黑磷具有高迁移率、各向异性、可调带隙等独特性能，黑磷纳米材料在催化能源、光电器件、生物医学和阻燃材料等领域具有广泛的应用前景。然而，目前对黑磷与生物系统的相互作用规律和机制的研究十分欠缺，这限制了黑磷纳米材料的高效和广泛应用。近年来，江桂斌课题组在黑磷的生物效应与调控的研究方面取得重要进展。揭示了黑磷的降解及其对水生生物的毒性效应[Environ. Sci. & Technol. 2020, 54, 3, 1583-1592 (Supplementary Cover)] [Environ. Sci. & Technol. Lett. 2020, 7, 35-41(Supplementary Cover)](图1)。

图1: 黑磷的生态毒理学风险与健康效应

　　课题组与喻学锋团队合作率先揭示了化学修饰对黑磷生物效应的影响，发现材料界面的理化性质对黑磷与生物系统的交互作用影响巨大。而黑磷表面三配位的磷原子上存在孤电子对，展现出非常独特的化学和生物活性，表明黑磷的界面性质尤其值得关注[Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 14488-14493 (Back Cover)] (图1)。

图2：黑磷-生物系统界面及其相互作用示意图

　　基于近年来的研究基础，中国科学院生态环境研究中心江桂斌课题组曲广波等与深圳先进技术研究院喻学锋团队合作，撰写了题为“Property-Activity Relationship of Black Phosphorus at the Nano-Bio Interface: From Molecules to Organisms”（黑磷纳米生物界面的性质—活性关系：从分子到生命体）的综述，作为封面文章发表于化学领域的权威刊物Chemical Reviews (2020, 120, 4, 2288-2346)上(图2)。

图3：黑磷—生物界面上的相互作用方式

　　综述首先全面回顾了近年来黑磷的生物医学应用研究进展。本综述系统讨论了在黑磷纳米材料（包括黑磷烯）的物理化学特性、界面相互作用及其相关的生物效应。深入理解黑磷—生物界面及其相互作用是提高其应用效率和降低其负面影响的前提。黑磷与生物体或体内微环境中形成相互作用的复杂界面。这种黑磷—生物界面本质是在黑磷表面和生物分子或结构表面之间形成的动态接触区域。根据生物界面的复杂程度，黑磷—生物界面可分为黑磷-液体、黑磷—分子、黑磷—超微结构、黑磷—细胞和黑磷—生命个体等多个层次的界面（图2）。因此，明确黑磷与生物系统在黑磷—生物界面上的相互作用方式对于研究其生物效应与医学应用十分重要（图3）。

图4. 黑磷的暴露途径与免疫效应

　　除总结了在黑磷—生物界面上形成的相互作用方式外，还综述了黑磷应用过程中可能的多种暴露方式以及进入体内后的生物分布与效应特征。黑磷—生物界面相互作用直接影响其在组织中的累积、分布、细胞特异性吞噬、亚细胞的定位以及后续触发的一系列生物学事件(图4)。