光动力治疗利用光敏剂在光照下产生活性氧杀伤病变细胞，具有微创、时空可控等优势，是肿瘤及感染性疾病光学干预的重要手段。近红外光具有较强的组织穿透能力，更适用于深层病灶治疗。然而，当激发波长延伸至800 nm以上时，降低的光子能量通常难以有效驱动Type II能量转移，限制单线态氧生成；以电子转移为主的Type I光敏化虽然更适合长波激发，但仍受到肿瘤缺氧和治疗过程中持续耗氧的制约。

近日，西北工业大学黄维院士、李林教授、胡文博教授课题组在《Advanced Materials》发表题为“Oxygen-Regenerative NIR Aza-BODIPY Photosensitizers for Hypoxia-Tolerant Photodynamic Therapy”的最新研究成果，提出氧再生型近红外光敏剂设计策略，为突破肿瘤缺氧对近红外光动力治疗的限制提供了新的分子设计思路。

氧再生型近红外Aza-BODIPY光敏剂用于耐缺氧光动力治疗示意图

团队以氮杂氟硼二吡咯（Aza-BODIPY）为分子骨架，首先通过密度泛函理论和含时密度泛函理论计算，系统评估不同电子给体单元对分子电子结构、光学性质及氧化还原能力的影响，据此设计了NJ853、NJ894和NJ936三种光敏剂。计算结果表明，三种分子均具有超过800 nm的近红外吸收和适宜的光氧化还原电位，能够同时满足水氧化与氧还原的热力学要求，为后续分子合成及机制验证提供了理论指导。

在此基础上，研究团队利用飞秒瞬态吸收光谱追踪光敏剂由单重激发态、三重激发态向自由基离子对的演化过程，并通过光谱电化学分别获得自由基阳离子和自由基阴离子的特征光谱。两类光谱相互印证，为光生自由基离子对的形成提供了直接证据。研究结果表明，纳米颗粒中的分子紧密堆积有利于相邻三重态分子发生分子间电子转移，进而形成自由基离子对。机制分析表明，纳米颗粒中的紧密分子堆积有利于相邻三重态分子发生分子间电子转移；生成的自由基阳离子可驱动水氧化，原位产生氧气和质子，自由基阴离子则进一步还原内源或再生氧，形成超氧阴离子自由基和高毒性的羟基自由基，由此构建“水氧化供氧—氧还原产自由基”的连续光氧化还原路径。

在三种光敏剂中，NJ853纳米颗粒表现出最优的氧再生光氧化还原性能。其高效水氧化过程能够持续提供氧气和质子，较强的质子结合能力则进一步促进质子参与的氧还原反应，二者协同增强了缺氧及酸性环境下的Type I活性氧生成。这种缺氧耐受的光敏化能力进一步转化为良好的诊疗效果。

该工作将原位供氧与活性氧生成整合于同一光氧化还原过程，建立了适用于长波近红外激发的氧再生光敏化机制。同时，研究揭示了质子生成与分子质子结合能力对羟基自由基形成的关键调控作用，为开发兼具近红外吸收和缺氧耐受能力的新型光敏剂提供了理论指导，也为深层缺氧肿瘤的精准光治疗提供了新思路。

西北工业大学柔性电子学院博士后刘燚和博士研究生张暠林为论文共同第一作者，胡文博教授、李林教授和黄维院士为共同通讯作者。该工作得到教育部基础学科和交叉学科突破计划、国家自然科学基金及中央高校基本科研业务费等项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74272

（文字：刘燚 审核：王学文）