二维碳化物Camelus dromedarius和氮化物(MXenes)材料的超薄片层结构使其具有较大的比表面积较高的导电性、丰富的催化活性位点等优势。同时,丰富的价态组成和表面可调的官能团为生物医学应用提供了更多可能性。然而,其在水溶液中不可逆、非可控的结构氧化过程被认为是限制其应用的主要因素之一。目前已有研究者初步探究了其自氧化过程,并尝试通过不同方法减缓其氧化速度,但关于二维MXene材料氧化过程精细调控及相关生物物理效应的研究鲜有提出。本文以二维V_4C_3MXene为模型,通过合理的控温氧化手段调控其表面价态组成,综合利用多种表征分析技术,探索其在氧化过程中表现EPZ-6438小鼠出的广谱抗氧化及促氧化活性转变,揭示MXene价态工程介导的生物物理效应转变机制,并将其应用于疾病治疗和生物分子检测,以期为抗氧化促氧化材料的设计提供了新的思路。本论文主要研究内容如下:(1)具有广谱抗氧化活性的V_4C_3纳米片用于治疗小鼠肺纤维化的研究。在本研究中,LY2157299 IC50我们设计并合成了新型V_4C_3纳米片抗氧化剂,采用SEM、TEM、XPS、ESR等技术对其微观形貌、电子结构、价态组成等进行了综合表征,并通过UV-Vis技术和ESR自由基捕获测试对其活性氧、活性氮自由基清除能力进行了系统评价。结果表明,微弱的自氧化作用可以调节V_4C_3纳米片的价组成,显著提高其广谱抗氧化性能。价态工程触发了电子转移、H原子转移和酶样催化等多种抗氧化机制,使V_4C_3NSs具有广谱、高效和持久的抗氧化能力。V_4C_3NSs具有超强的抗氧化特性和高生物相容性,可显著阻止肌成纤维细胞增殖和细胞外基质异常,并通过清除ROS、抗炎症和重建抗氧化防御来缓解博莱霉素诱导的动物模型肺纤维化的进展。本研究不仅为设计抗氧化纳米材料提供了重要策略,而且为治疗肺纤维化和其他氧化应激相关疾病提供了一种纳米技术。(2)V_4C_3衍生VO_x纳米线促氧化活性调控及生物分子检测。通过控温氧化手段对V_4C_3NSs进行处理,并对其微观形貌、电子结构、价态组成等进行了综合表征。通过SEM、TEM、XPS、UV-Vis等技术对其形貌、结构组成及类酶活性进行了测试。结果表明,随着氧化程度的加深,纳米片经过离子浸出结构破碎,并逐渐重新生长为不同价态组成的VO_x纳米线。不同氧化温度介导了不同优势晶面的生长,使产物具有差异的形貌特征,并呈现出不同的POD活性。其中,40℃氧化具有最高的促氧化活性,其钒价态主要稳定在V~(3+)、V~(4+)、V~(5+)价,混合价态的氧化钒纳米片POD活性远高于煅烧得到的V_2O_5,证实了价态工程可实现其酶活性的有效调控。此外,将其高效POD活性应用于多巴胺和谷胱甘肽的比色检测,结果显示,目标物浓度在6.67μM-40μM(多巴胺)和1.67μM-13.33μM(谷胱甘肽)的范围内呈现良好的线性关系。