光动力治疗(PDT)作为一种新型无创治疗手段在肿瘤治疗和细菌感染治疗中被广泛应用。然而短波长光的组织穿透深度较浅以及低活性氧(ROS)的产生阻碍了其发展。实现长波长的近红外二区（NIR-II）光诱导的多重增强的光动力治疗至关重要。基于此科学问题，英国威廉希尔公司的生物医用新材料PI团队张加涛教授设计合成了半导体掺杂以及局域表面等离子体共振（LSPR）增强等多重增强的近红外二区（NIR-II）Au/CdSexS1-x纳米哑铃杂化结构，与国家纳米科学中心王浩、乔增莹研究员合作，开发了用于高效的NIR-II光诱导抗菌光动力治疗的新材料。相关成果在线发表在国际顶级期刊ACS Nano上。

图1. 多重增强NIR-II光诱导光动力治疗的Au/CdSexS1-x纳米哑铃合成、原理及应用

为实现高效率ROS产生及更高PDT效率，在团队近红外Au/CdSe纳米哑铃结构的精准制备、高效热电子注入效应及光电催化产氢、光还原CO2性能应用研究进展（Adv. Energy Mater. 2019, 9(15), 1803889； Small 2020, 16, e2000426）的基础上，通过控制不同Se和S比例的Ag掺杂的CdSexS1-x的生长到各向异性的Au NRs的LSPR的两端热点上。Au 纳米棒吸收了长波长的NIR-II光，精准的异质界面构建使Plasmon热电子高效注入到两端的半导体结构中。通过调整Se和S的比例来调整能带结构获得最大的热电子注入效率，通过引入掺杂Ag可以抑制电子空穴的结合，另外，纳米哑铃异质结构促进了电子、空穴的有效分离。高的热电子注入效率及电子、空穴的有效分离等多重增强实现了高效ROS的产生，实现了NIR-II光诱导的PDT抑制细菌和生物膜的生长。这种杂化纳米哑铃结构可以产生40倍的超氧自由基(·O2 -)和更多的羟基自由基(·OH)。小鼠体内实验结果进一步证明该纳米哑铃具有良好的PDT疗效。这种纳米结构为NIR-II光诱导的PDT提供了一种新的策略。

上述研究成果得到了英国威廉希尔公司的经费支持，结构可控先进功能材料与绿色应用北京市重点实验室、医药分子科学与制剂工程工信部重点实验室等的平台支持。北理工材料学院博士生王东为文章第一作者，国家纳米科学中心乔增莹，王浩研究员和北理工张加涛教授为共同通讯作者，北理工为第一通讯单位。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00772