近日，上海交通大学材料科学与工程学院陶可副研究员、孙康教授团队首次发现氧化铥（Tm2O3）纳米颗粒可以在近红外光激发下产生活性氧。其研究成果发表在国际学术期刊《美国化学会志》上。
某些材料可以吸收光的能量催化周边氧气并产生具有高度反应性的活性氧，是光催化、污染处理、精细化学、消毒灭菌，以及肿瘤的光动力治疗等领域的重要科学基础之一。然而，现有材料仅能被可见或紫外光激发，无法被能量更低的近红外光激发，限制了上述领域的进一步发展。例如，太阳辐射中近红外光能量占比过半（约53%），却在光催化等领域难以被利用。在生物医用领域，紫外或可见光几乎无法穿过人体，导致现有的光动力肿瘤治疗或光动力杀菌等应用被局限于体表位置。虽然近红外光的生物体穿透深度可达厘米级，但目前在近红外光下没有可以直接产生活性氧的材料。因此，探索可在近红外光波长激发下产生活性氧的材料，一直是材料学界孜孜追求的梦想。
研究团队在分析传统有机光敏剂机理的基础上，认为电子在激发态约10-3秒的长寿命可能是在近红外区域产生活性氧的关键因素。因铥离子在近红外区域相应能级有类似的长寿命、较大的光吸收截面和较小的光发射截面，团队大胆地假设：铥元素相关化合物可能具备光激发活性氧产生的性质。
该研究成果改进了氧化铥纳米颗粒的制备方法，采用多种方法确认了在紫外、可见、近红外等不同波长的激光或非激光光源激发下产生活性氧的能力。尤其是在近红外光下直接催化产生活性氧，Tm2O3纳米颗粒的活性氧产生量子效率大幅提高至约36%，研究证实了在功率密度极低的非激光光源辐照下，小鼠肿瘤的生长即可被明显抑制，从而为光动力治疗拓展至体内深部病灶打下了材料基础。审稿人认为，“之前，氧化铥由于其大原子序数被应用于医学成像和放疗增敏等领域，而本文首次发现其具备产生活性氧的能力，可能对诸多领域有重要价值”。
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