以石墨烯为代表的二维材料在生命科学领域中的发展方兴未艾。磷烯（Phosphorene,BP）和锑烯（Antimonene,AM）同属新兴的单元素二维材料,因其独特的物理化学性质,受到人们越来越多的关注,成为当前材料、光电、器件、能源、生命科学等领域的研究热点。针对目前肿瘤光学治疗与诊断中存在的问题,本文在对磷烯和锑烯的合成和光学性质分析之后,聚焦于磷烯、锑烯在生命科学领域中的若干重要问题,提出以下研究:1、开发近红外光（Near Infrared,NIR）响应的光热治疗;2、NIR响应的药物可控释放;3、X射线响应的放射增敏等癌症治疗手段;4、基于可见光的表面等离激元共振（SPR）生物传感器的癌症标志物诊断手段。本论文主要内容如下:1、黑磷/还原氧化石墨烯（BP/rGO）杂化物的NIR光热治疗。BP已被证实是性能优异的光热剂,但价格昂贵、容易降解等特性限制了其进一步应用。通过形成化学键预先占据BP的孤对电子有望是解决BP不稳定问题的有效策略。采用超声辅助剥离和退火工艺,以廉价的红磷为原料制备了黑磷并合成了BP/rGO杂化物。表征结果显示BP与rGO形成了磷-碳（P-C）共价键,提高了BP的稳定性。经聚合物包覆后BP/rGO表现出良好的生物相容性和高的NIR消光系数(21.96 Lg-1cm-1)、光热转换效率（57.79%）。光热性能的提高可能来源于P和C的晶格失配缺陷。细胞和裸鼠水平上的研究表明,BP/rGO拥有优异的NIR致光热消融肿瘤的效果,且毒副作用小。该工作为合成BP晶体和BP/rGO杂化物提供了新的思路,并提出了一种基于BP的新型光热剂（PTA）。2、BP@水凝胶智能NIR光控药物释放系统。肿瘤治疗的给药方式仍面临诸多挑战。为了提高治疗效果、减轻患者痛苦,采用一次注射、智能释放的系统被认为是有前景的方案。光响应性水凝胶具有最小的侵袭性和可控释放的潜力,是一种理想的药物控释平台;黑磷纳米片（BPNSs）具有高的光热转换效率、优异的生物可降解性等综合优点。因此,基于BPNSs和低熔点琼脂糖构建了BP@水凝胶载药平台。BP@水凝胶被注射到肿瘤部位后,由于体温温度较低导致的相转换而变成固态。在NIR激光照射下BP@水凝胶经历了可控的软化和熔化状态,实现了可控的光触发药物（阿霉素,DOX）释放和水凝胶降解。并且,上述药物释放速率可由内部参数（如琼脂糖、BP和药物的浓度）和外部参数（如NIR光功率、光照时间）精确调控,这有利于抗癌治疗的临床应用中维持有效的血液药物浓度。尤其是,BP@水凝胶对各类细胞的毒性极小,且水凝胶和BPNSs在治疗结束后均是可降解的,这使得它们在临床转换中颇具前景。3、二维锑烯用于X射线放射增敏。当前的放射增敏剂受到清除率低或制备过程需要多步反应等限制。锑烯具有高的原子序数（High Z）、可通过肾脏快速清除、合成简单可靠,有望成为理想的X射线放射增敏剂。锑剂用作药物已有几个世纪且五价锑剂仍是治疗利什曼病的一线药物。锑烯或锑剂的上述性质诱使我们将锑烯的应用拓展到X射线放射增敏和癌症治疗中,但其辐射催化致活性氧（ROS）增强的机理尚不清楚。基于此,我们设计合成了自身具有放疗增敏效果的锑烯量子点（AMQDs）和锑烯纳米片（AMNSs）作为新一代放射增敏剂,并试图探讨其放疗增敏的机制。首先采用液相剥离法成功制备了AMQDs和AMNSs,经双亲性PLGA包覆得到生物相容性良好的锑烯纳米粒子（AMNPs@PLGA）。多种表征手段证实,X射线辐照能诱导AMNPs氧化进而形成异质结AMNPs/Sb2Ox（x=2和/或5）,相比之下,具有更小尺寸和更大比表面积的AMQDs比AMNSs可产生更多的三价锑（Sb（III））和ROS,促进了肿瘤细胞的凋亡。提出了Sb/Sb2Ox异质结构辐射催化的电荷分离模型,试图揭示增强的ROS的产生原因。发现该模型满足Z构型,在X射线激发下,Sb2O3的导带（CB）中的激发电子可迅速与Sb的价带（VB）中的激发空穴复合,增加了Sb的CB中的激发电子与周围3O2之间的能量转移的机会,从而增加了1O2。这项工作拓展了锑烯作为下一代放射增敏剂的应用,并为理解异质结的辐射催化增强ROS的过程提供了新的思路。4、基于锑烯纳米片的SPR传感器用于miRNA的超灵敏检测。表面等离激元共振（SPR）技术具有无损、免标记、重现性高、成本低等诸多优势,但迫切需要具有大的吸附的先进材料,以提高检测性能。与石墨烯相比,锑烯与单链DNA或者RNA具有更强的相互作用,更适合用于检测单链DNA和RNA,但锑烯和DNA之间的相互作用及其在光学传感中的应用仍不清楚。基于此,采用层层组装工艺开发了基于锑烯的SPR生物传感器,用于特异性地无标记检测临床相关的生物标记物,如miRNA-21和miRNA-155,最高检测限（LOD）达到10 aM。提出的生物传感器是首次报道的基于锑烯二维材料进行临床相关核酸检测的方法。