近紅外光照射氧化銩納米顆粒 可直接產(chǎn)生活性氧

科技日報訊 （記者王春）近日，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陶可副研究員、孫康教授團隊首次發(fā)現(xiàn)氧化銩（Tm2O3）納米顆粒可以在近紅外光激發(fā)下產(chǎn)生活性氧。其研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)會志》上。

某些材料可以吸收光的能量催化周邊氧氣并產(chǎn)生具有高度反應(yīng)性的活性氧，是光催化、污染處理、精細化學(xué)、消毒滅菌，以及腫瘤的光動力治療等領(lǐng)域的重要科學(xué)基礎(chǔ)之一。然而，現(xiàn)有材料僅能被可見或紫外光激發(fā)，無法被能量更低的近紅外光激發(fā)，限制了上述領(lǐng)域的進一步發(fā)展。例如，太陽輻射中近紅外光能量占比過半（約53%），卻在光催化等領(lǐng)域難以被利用。在生物醫(yī)用領(lǐng)域，紫外或可見光幾乎無法穿過人體，導(dǎo)致現(xiàn)有的光動力腫瘤治療或光動力殺菌等應(yīng)用被局限于體表位置。雖然近紅外光的生物體穿透深度可達厘米級，但目前在近紅外光下沒有可以直接產(chǎn)生活性氧的材料。因此，探索可在近紅外光波長激發(fā)下產(chǎn)生活性氧的材料，一直是材料學(xué)界孜孜追求的夢想。

研究團隊在分析傳統(tǒng)有機光敏劑機理的基礎(chǔ)上，認為電子在激發(fā)態(tài)約10-3秒的長壽命可能是在近紅外區(qū)域產(chǎn)生活性氧的關(guān)鍵因素。因銩離子在近紅外區(qū)域相應(yīng)能級有類似的長壽命、較大的光吸收截面和較小的光發(fā)射截面，團隊大膽地假設(shè)：銩元素相關(guān)化合物可能具備光激發(fā)活性氧產(chǎn)生的性質(zhì)。

該研究成果改進了氧化銩納米顆粒的制備方法，采用多種方法確認了在紫外、可見、近紅外等不同波長的激光或非激光光源激發(fā)下產(chǎn)生活性氧的能力。尤其是在近紅外光下直接催化產(chǎn)生活性氧，Tm2O3納米顆粒的活性氧產(chǎn)生量子效率大幅提高至約36%，研究證實了在功率密度極低的非激光光源輻照下，小鼠腫瘤的生長即可被明顯抑制，從而為光動力治療拓展至體內(nèi)深部病灶打下了材料基礎(chǔ)。審稿人認為，“之前，氧化銩由于其大原子序數(shù)被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像和放療增敏等領(lǐng)域，而本文首次發(fā)現(xiàn)其具備產(chǎn)生活性氧的能力，可能對諸多領(lǐng)域有重要價值”。