近紅外光照射氧化銩納米顆粒 可直接產生活性氧

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

某些材料可以吸收光的能量催化周邊氧氣并產生具有高度反應性的活性氧，是光催化、污染處理、精細化學、消毒滅菌，以及腫瘤的光動力治療等領域的重要科學基礎之一。然而，現有材料僅能被可見或紫外光激發，無法被能量更低的近紅外光激發，限制了上述領域的進一步發展。例如，太陽輻射中近紅外光能量占比過半（約53%），卻在光催化等領域難以被利用。在生物醫用領域，紫外或可見光幾乎無法穿過人體，導致現有的光動力腫瘤治療或光動力殺菌等應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生活性氧的材料。因此，探索可在近紅外光波長激發下產生活性氧的材料，一直是材料學界孜孜追求的夢想。

研究團隊在分析傳統有機光敏劑機理的基礎上，認為電子在激發態約10-3秒的長壽命可能是在近紅外區域產生活性氧的關鍵因素。因銩離子在近紅外區域相應能級有類似的長壽命、較大的光吸收截面和較小的光發射截面，團隊大膽地假設：銩元素相關化合物可能具備光激發活性氧產生的性質。

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下產生活性氧的能力。尤其是在近紅外光下直接催化產生活性氧，Tm2O3納米顆粒的活性氧產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深部病灶打下了材料基礎。審稿人認為，“之前，氧化銩由于其大原子序數被應用于醫學成像和放療增敏等領域，而本文首次發現其具備產生活性氧的能力，可能對諸多領域有重要價值”。