Nature：人工改造“红外线”，扩大光动力癌症疗法应用范围

哥伦比亚大学和哈佛大学的研究人员最近开发的一项技术将允许无害的辐射穿透活组织和其他材料，从而避免受到高强度光照射造成的损害。

研究人员合作成功地开发了一种可见光至红外线自由转换的化学过程，研究发表在1月17日的《Nature》杂志。

哥伦比亚大学化学教授、该研究的合着者Tomislav Rovis说：“这是令人兴奋的，因为我们能够利用无创红外线光源进行一系列复杂的化学转换，过去这通常需要高能可见光。”科学家已经想象出许多潜在的应用， “例如，这项研究有望提高光动力疗法的作用范围和有效性，以前这种疗法治疗癌症的全部潜力尚未实现。”

哥伦比亚大学化学副教授Luis M. Campos和哈佛大学的Daniel M. Congreve等人利用了一种新化合物，它在光的刺激下可以介导分子间的电子转移，在其他条件下分子间的反应会更慢或者完全不反应。

他们的方法被称为三重融合升频转换（triplet fusion upconversion），包括把两个红外光光子融合成一个可见光光子的一系列过程。大多数技术仅捕获可见光，意味着太阳光谱的其余部分都在浪费。三重融合升频转换能收集低能红外线，并将其转换成可见光，然后被太阳能电池板吸收，可见光也很容易被许多表面反射，而红外线因为波长更长，可以穿透致密的材料。

“利用这项技术，我们能够将红外线微调到必要的更长波长，使我们能够无创地通过各种屏障，例如纸张、塑料模具、血液和组织，”Campos说。研究人员甚至用脉冲光穿透了包裹在烧瓶上的两条熏肉。

长期以来，科学家一直试图解决这样一个问题：如何让可见光穿透皮肤和血液而不损害内脏或健康组织。

光动力疗法（Photodynamic therapy，PDT）现已用于治疗某些癌症，它采用了一种特殊的药物——光敏剂——由光触发形成一种高度反应的氧形式，它可以杀死或抑制癌细胞生长。目前，PDT仅限于局部或表面肿瘤治疗。“新技术可以将PDT带到以前无法进入的身体部位，”Rovis说。

一种无毒的药物加上红外线，可以选择性地靶向照射肿瘤部位的癌细胞，而不是用可以杀死健康细胞和恶性细胞的药物毒害全身。

这项技术可能会产生深远影响。低能量的红外光疗法可能有助于治疗许多疾病，包括创伤性脑损伤、神经和脊髓损伤、听力损伤以及癌症。

其他潜在应用包括化学存储太阳发电和数据存储、药物开发、传感器、食品安全、可塑骨模拟复合材料和加工微电子元件的远程控制。

研究人员目前正在额外的生物系统中测试光子升频转换技术。“改变光与生物体相互作用的方式提供了前所未有的新视野，”Campos说。“目前，我们正采用升频转换技术进行组织工程和药物输送改进实验。”

原始出处：Ravetz BD, Pun AB, Churchill EM, et al. Photoredox catalysis using infrared light via triplet fusion upconversion. Nature. 2019 Jan;565(7739):343-346.