长余辉材料，俗称“夜明珠”，是一种能够储存外界辐射能量，在激发光停止激发后仍能发光的材料，其余辉能持续几小时甚至数天。由于其特殊的光学性质，长余辉材料在光照、安全应急、交通运输等方面有着广泛的应用。近年来，随着纳米级别的长余辉材料出现，因其长余辉寿命、无需原位激发、无组织背景荧光干扰和高的信噪比等优势，其在光医学领域，如医学成像、生物分析和肿瘤诊疗等方面显示出巨大的应用潜力。

现有长余辉纳米材料一般采用高温煅烧的方法合成，导致长余辉纳米材料形貌不可控、不规则及粒径较大。后续采用水热法合成的长余辉纳米材料虽水溶性较好，且粒径较小，但其余辉时间和发光强度相比于用高温煅烧法制得的长余辉纳米材料要低很多。因此，为获得高质量的长余辉纳米材料，进一步拓展长余辉纳米材料在生物医学上的应用，有研究人员利用介孔二氧化硅为模板合成长余辉纳米材料，其很大程度上解决了长余辉纳米材料的形貌和尺寸不可控问题，但其在多功能扩展方面仍存在很大的提升空间。因此，如何制备出多功能性长余辉纳米材料成为亟需解决的问题。

近日，同济大学张兵波课题小组以封面文章的形式首次报道了通过利用碳球为模板合成了一种中空、粒径可调和近红外发射的多功能长余辉纳米材料，该中空结构负载化疗药物或光敏剂用于肿瘤诊疗一体化。制备原理是将长余辉纳米材料的合成严格控制在碳球表面。由于碳球表面含有大量的含氧官能团，金属离子通过螯合作用很容易吸附在碳球表面。受此启发，该研究团队将长余辉纳米材料的前体离子吸附在碳球表面，然后通过高温煅烧原位形成中空的长余辉纳米材料（原有的碳球模板可经煅烧被完全清除，形成大空腔）。实验表明可利用不同粒径碳球为模板合成不同粒径的中空长余辉纳米材料。另外，本研究还利用大空腔结构高效装载化疗和光敏药物分子进行肿瘤化学和光动力治疗。

图1. 封面图

图2. 以粒径为300 nm碳球为模板合成中空长余辉纳米材料的数据表征图

他们选取粒径为50 nm的中空长余辉纳米材料负载药物分子用于肿瘤的余辉成像和化疗/光动力治疗。将中空长余辉纳米材料预先用254 nm紫外灯或白色LED灯照射后，经尾静脉注射到小鼠体内，10 min后在Bablc荷瘤小鼠的肿瘤部位观察到明显的余辉信号。随着时间的延长，其在肿瘤部位的余辉信号也随着消失。在治疗方面，与单独的阿霉素相比，负载阿霉素的中空长余辉纳米材料能显著抑制肿瘤的生长。同时该课题组还利用这种中空长余辉纳米材料负载光敏剂酞菁硅用于肿瘤的光动力学治疗，由于这种中空长余辉纳米材料的余辉能持续激发光敏剂，与单独光敏剂相比，负载光敏剂的中空长余辉材料能显著抑制肿瘤生长。

值得一提的是研究数据显示该长余辉探针在活体内可根据需要被白色LED灯反复激发蓄能后，仍可检测其余辉信号进行医学诊断或光医学治疗。这种被注入体内的中空长余辉纳米材料宛如无数个“夜明珠”，在无任何外部激发光作用下，仍散发出光学能量，利用该能量可进行在体肿瘤光学增强显影，也可激发空腔所携带的光敏剂，持续不断地产生单线态氧，达到杀灭肿瘤组织的目的。该策略有效解决了传统光动力治疗所面临的光穿透力的瓶颈问题。可见这类光响应材料将在光医学诊疗方面拥有巨大的潜能和临床应用价值。

图3. 中空长余辉纳米探针的肿瘤余辉显像及抗肿瘤研究

这一成果近期发表在ACS Nano 上，并被选为当期封面进行报道。文章的第一作者为同济大学医学院博士研究生王俊， 该工作是在同济大学医学院，同济大学医学院光医学研究所，以及生物医学工程与纳米科学研究院完成。该工作得到了中国科学院城市环境研究所张洪武研究员和李金磊博士的大力帮助。本研究受到国家自然科学面上项目的经费支持。

该论文作者为：Jun Wang, Jinlei Li, Jiani Yu, Hongwu Zhang and Bingbo Zhang

Large Hollow Cavity Luminous Nanoparticles with Near-Infrared Persistent Luminescence and Tunable Sizes for Tumor Afterglow Imaging and Chemo-/Photodynamic Therapies. ACS Nano, 2018, 12, 5, 4246-4258.

原文链接：

 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b07606

导师介绍：张兵波

 http://med.tongji.edu.cn/Web/FaultyShow/272?tid=28