北京师范大学化学学院教授曹玮和物理与天文学院张春雷课题组在Advanced Materials上发表研究成果：基于K吸收边效应的X射线过滤型生物敷料
文章导读
放疗救命的另一面：皮肤溃烂的折磨如何破解？北京师范大学团队突破性研发"智能过滤"水凝胶敷料，利用硒元素在K吸收边的独特物理效应，实现精准光子筛选——96%屏蔽伤害皮肤的10-20keV射线，同时保持98%治疗射线的穿透力！动物实验显示其100%预防放射性皮炎溃疡，延迟发病达20天，性能碾压现有临床方案。这项跨化学、物理、医学的颠覆性防护策略，已登上《Advanced Materials》，为百万癌症患者带来无痛放疗新曙光。
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放射治疗是癌症治疗的基石，但其具有不可避免的副作用，尤其是放射性皮炎（RD），目前仍是重大临床挑战。当前许多研究集中于缓解RD症状，而如何有效减少皮肤所受辐射剂量的策略尚未得到充分探索。屏蔽对皮肤有害的光子（10-20 keV）有望减少皮肤剂量，但该策略面临双重阻碍：现有RD生物材料光子屏蔽能力不足，而传统高原子序数（Z）屏蔽材料又过度衰减了治疗所需的高能光子。
北京师范大学化学学院教授曹玮课题组长期致力于发展用于放疗、辐射防护等领域的新型软物质功能材料。针对上述难题，该课题组紧密开展跨学科、跨机构合作：通过联合北师大物理与天文学院副教授张春雷团队进行科研攻关，携手首都医科大学附属北京友谊医院、同仁医院牛延涛、张永县主任团队对接临床需求，协同中国计量科学研究院副研究员郭思明完成相关测试。
在多方合作下，课题组首次报道了一种X射线过滤的皮肤敷料，将硒黑素纳米颗粒与卡波姆水凝胶结合，巧妙利用硒元素在K-edge近阈值能量光子的强烈吸收，实现了针对放疗射线的能量选择性屏蔽策略，旨在保护正常皮肤组织。该材料对皮肤有害X射线具有高达96% 的屏蔽性，同时保持对高能治疗射线的98%以上的透射率。在动物模型中，实现了100%的溃疡预防和RD发作的最长延迟（~20 天），优于临床RD治疗方案。此外，基于蒙特卡洛的放疗场景重建进一步证明了其临床适用性。这项工作将硒元素独特的光电吸收特性融入到水凝胶设计，为减轻RD和其他放疗并发症开辟了新途径，并为开发基于软材料的X射线滤光片提供了设计指导。
图注：涂抹硒黑素水凝胶，过滤有害X射线，预防放射性皮炎。
相关研究成果涵盖了核物理、化学、材料和生物医用等多个领域，已申请国家发明专利（申请号：202410144608.5），论文《K-edge-Inspired Selenomelanin Hydrogel: An X-ray Filtering Biomaterial for Skin Protection in Radiotherapy》近期在《Advanced Materials》期刊发表。
北京师范大学化学学院、放射性药物教育部重点实验室教授曹玮与物理与天文学院副教授张春雷为论文通讯作者，北京师范大学化学学院放射性药物教育部重点实验室为第一完成单位。物理与天文学院硕士研究生朱汉杰与清华化学系博士后陈伟为共同第一作者；文章的共同作者之一是人大附中的彭思霖同学，她是由北京市青少年科技俱乐部推荐到曹玮实验室的，在水凝胶的制备过程中作出了探索性贡献。本研究获得高技术中心重点研发计划、国家自然科学基金、北京师范大学等资助。
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