作为首个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。黑磷纳米材料在安全阻燃剂、催化能源、光电器件、生物医学和阻燃剂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，这极大地限制了黑磷纳米材料的高效和广泛应用。

    近期，中国科学院生态环境研究中心江桂斌课题组曲广波研究员（青促会会员）的研究表明，黑磷在环境中可降解产主要为PO₂^3-、PO₃^3-和PO₄^3-等离子。这些降解产物可被小球藻吸收。而小球藻对多种磷酸盐离子的摄入是黑磷暴露暴露所导致的小球藻的生长干扰的最重要原因（Environ. Sci. Technol. Lett. 2020, 7, 1, 35-41）。以单细胞原生动物嗜热四膜虫为模式生物，发现四膜虫可直接摄入黑磷纳米片。黑磷纳米片通过四膜虫头部的“口器”被食物泡包裹进入到四膜虫细胞内，导致四膜虫细胞的纤毛脱落和细胞膜碎裂。与小球藻不同，除降解产物的影响外，四膜虫细胞内累积的黑磷纳米片也在其毒性中起重要作用。 因此黑磷的多种降解产物的环境释放、累积和效应需受到进一步的关注（Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 3, 1583-1592）。近年来，课题组与中科院深圳先进技术研究院喻学锋团队合作，揭示了化学修饰对黑磷生物效应的影响（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 14488-14493）。在上述研究中发现，界面的物理化学性质对黑磷与生物系统的交互作用影响巨大，这表明黑磷的界面性质尤其值得关注。

    基于近年来的研究基础，曲广波研究员（青促会会员）与喻学锋团队合作，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）。在黑磷的应用过程中，黑磷在生物体及微环境中形成了相互作用的复杂界面。黑磷-生物界面的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，这些区域大多存在于在含氧和水的生物微环境中。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-生物结构、黑磷-细胞和黑磷-生物个体等多个层次的界面。进入生物体后，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。这种相互作用这直接影响其在组织中的累积和分布、细胞特异性吞噬与亚细胞的定位以及后续触发的生物学效应。因此，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。

    综述同时讨论了黑磷的环境行为和其进入环境后引起的潜在的环境风险。基于对黑磷-生物界面知识的积累与其生物效应的分子机制，总结了黑磷纳米材料的安全设计方法和改变黑磷界面理化性质的策略，特别是如何增强黑磷的化学稳定性和调节黑磷-生物相互作用等方法。这些策略均是影响黑磷生物效应的关键。本综述有助于研究者深入理解黑磷-生物界面、生物活性、应用中面临的挑战和相应对策，总结的方法将有效促进黑磷这一新型二维纳米材料在各个领域的探索和实际应用。

    本成果获得国家自然科学基金项目，中科院青促会项目以及中科院前沿重点项目的资助。

    论文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.chemrev.9b00445