近日，我校生物光子学研究院张涛研究员课题组与华南理工大学周博教授团队合作，在上转换发光材料介导的光学诊疗研究中取得重要研究进展。正交方式激活的成像和治疗模式可有效避免传统光动力诊疗过程中的毒副作用，上转换发光材料在该应用领域具有显著优势，但传统的上转换正交调控发光通常需要复杂的纳米结构设计且主要以可见光为主。本研究通过改变上转换材料激发光的脉宽，而无需设计繁杂的纳米结构，率先实现了上转换近红外发光的正交调控，基于此，通过合理设计诊疗探针，在肿瘤在体模型中成功演示了光声成像和光动力治疗的正交激活现象。相关研究成果以“Switching the NIR upconversion of nanoparticles for the orthogonal activation of photoacoustic imaging and phototherapy”为题于6月7日发表在《Nature Communications》上。

光动力诊疗在个性化肿瘤医疗领域具有重要应用前景。但传统光敏剂介导成像诊断过程中，不可避免的会激活其光动力效应，从而产生不必要的毒副作用，不利于长时间的动态影像监测。而采用正交激活的方式，将光敏剂的影像信号和光动力效应进行隔离，可有效避免成像过程的光学损伤。上转换发光纳米颗粒具有发光谱线多样且可调的特征，正交调控的上转换发光纳米颗粒在生物光学诊疗领域已展现出巨大潜力。然而，目前上转换纳米颗粒的正交调控发光主要通过设计复杂的核壳结构并采用不同波长的激发光实现，且其正交调控发光主要以紫外/蓝光、绿/红（或蓝）光、蓝/绿/红光等可见光发射为主，尚未实现上转换纳米颗粒的近红外光正交调控。

在本文中，研究团队利用上转换纳米颗粒中不同稀土离子的发光能级激发跃迁速率不同，通过调整单波长980 nm激发光的脉冲宽度，实现了上转换纳米颗粒近红外发光的正交调控。特别显著地是，在980 nm连续光激发下，Yb/Er/Tm共掺的上转换纳米颗粒具有较强的800 nm近红外光发射，而在980 nm短脉冲（10 ns）激发下，该上转换纳米颗粒的800 nm近红外光发射几乎消失，且该现象不受激发光脉冲频率和功率的限制。基于此，研究团队进一步设计了光诊疗探针，在980 nm脉冲光激发下，该探针可介导肿瘤的实时光声成像分析而不会激活其光动力效应，在980 nm连续光激发下，该探针可介导肿瘤的高效光动力学杀伤，最终，研究团队在肿瘤在体模型中成功演示了光声成像和光动力治疗的正交激活现象。

该研究成果是张涛研究员课题组近年来在光影像探针（Nano Research, 2022, 15, 716; JACS, 2019, 141, 19226; Biomaterials, 2019, 207, 39; Small, 2016, 12, 5944.）和光诊疗探针（Biomaterials, 2021, 275, 120993; Chemical Engineering J., 2018, 350, 108; ACS Nano, 2017, 11, 8930; PNAS, 2014, 111, E5492.）研究基础上的进一步拓展和深化。我校硕士研究生杨洋为论文的第一作者，张涛研究员和周博教授为共同通讯作者，我校为第一完成单位。研究得到了国家和广东省自然科学基金的支持。