【摘要】 光热疗法具有非侵入性、高可控性和精确性，已成为当前最新的治疗模式中一种有前途的方法。

根据国际癌症研究机构(IARC)的一份报告，预计2020年全球将有1930万人患癌症，超过1000万人死于癌症，这引起了健康科学领域顶尖研究人员的注意。随着医学技术的发展和对治疗精度的要求，常规癌症治疗面临着治疗无效和复发率不断提高的潜在问题。

 

此外，副作用和耐药性仍然不可避免，影响治疗成功率和预后。因此，精确有效的治疗方法仍然是癌症治疗的挑战和主要目标。

 

光热疗法具有非侵入性、高可控性和精确性，已成为当前最新的治疗模式中一种有前途的方法。目前在光热疗法中使用的最常见的激光是近红外光，这是近红外光具有较少的组织吸收和散射的原因，从而导致更深的组织穿透深度。

 

近红外光是指波长为750-1350纳米的光。这个波长范围，也称为生物窗口，可以分为第一个近红外(750-1000nm，NIR-I)窗口和第二个近红外(1000-1350nm，NIR-II)窗口。大多数 PTT 聚焦于近红外-I，但它们的组织穿透深度很短。相比之下，NIR-II 在 PTT 中具有更大的优势，因为 NIR-II 区域的光可以提供更深的组织穿透和更高的最大允许暴露量。

 

具体来说，近红外光热材料具有体内穿透深度的优越性，在深层组织中实现更少的生物干扰和更好的治疗。此外，生物细胞和组织在近红外波段的吸收很小，因此不会受到低强度近红外激光的损伤。由于这些优点，近红外光热材料在癌症治疗方面已显示出应用，如 PTT。因此，近红外光热材料也可用于抗菌药物、成像、刺激性药物释放、癌症治疗。

 

当暴露于近红外激光时，光热材料能够将吸收的激光能量转化为热量，从而触发癌细胞的死亡。这些光热材料通过静脉注射进入体内，然后通过主动或被动靶向策略积累到肿瘤区域。主动靶向主要是通过修饰光热材料表面的靶向配体来实现的，这些配体特异性地与癌细胞的某些受体结合。

 

一般来说，这些配体包括基于配体-受体相互作用的小分子、种抗体、种肽、种或适体，以增强光热试剂对肿瘤的靶向性。

 

此外，由于光热试剂的同源识别和归巢特性，细胞膜包裹光热试剂也可用于改善肿瘤靶向。另一种主动靶向策略是利用内部或外部刺激信号诱导光热试剂靶向肿瘤，包括酸度和光。被动靶向依赖于高渗透长滞留效应(ePR)效应，这是用于增强肿瘤靶向的最常见策略，其导致光热试剂在肿瘤部位的积累。

 

通常，光热材料对肿瘤的靶向过程可以通过各种成像技术可视化。光热材料吸收的光能也可以用来在发热的同时发射荧光。发射的荧光可用于荧光成像，以监测光热试剂在机体和肿瘤病灶中的分布。

 

然而，一些常规的有机染料在聚集态下会引起荧光猝灭，这不利于荧光成像。幸运的是，已经发现具有聚集诱导发射(AIE)特性的有机材料可以显著增强荧光。

 

除了发射荧光之外，由 NIR 光诱导的光热试剂产生的热引起组织内的局部温度升高，然后通过热膨胀产生声波，并基于收集的声学数据转换成光声(PA)图像。光声成像(PAI)具有较高的分辨率和较深的组织穿透性，可以监测光热试剂在肿瘤内的分布和肿瘤的形态。

 

由于光声效应与光热转换过程有关，提高光热转换效率可以获得更好的 PAI 效果，主要包括增加光吸收和提高非辐射弛豫。因此，基于近红外光的光热材料不仅可以实现肿瘤位点的特异性靶向，而且可以观察肿瘤的分布和形态，从而在 PTT 过程中提供更好的指导。

 

在局部用一定波长的近红外激光照射时，光热材料可以迅速地从基态转换到激发态，然后以热的形式进行能量耗散，从而使被加热的肿瘤受到损伤和消融。这不能一概而论，因为光热转换效率仅仅是影响 PTT 效率的因素之一。当光热材料被激发光照射时，会触发三个过程，即吸收、散射和反射。

 

在这三个过程中，只有被吸收的光可以用来产生热量。因此，在相同的光热转换效率下，如果光热材料吸收更多的可用光(取决于消光系数) ，7光热转换过程产生的热量将成比例地增加。因此，PTT 的性能不仅取决于光热转换效率，而且取决于光热材料的吸光能力。根据电磁辐射机制，光热材料可分为金属的等离子体局部加热和半导体分子(包括半导体聚合物和小分子)的非辐射弛豫。

 

近年来发展起来的近红外吸收光热材料可分为无机材料、有机材料及其复合材料。常用的无机光热材料包括纳米结构金属、碳纳米材料、过渡金属硫化物、催化剂、再生药物、太阳能电池。无机材料具有制备方便、近红外吸收强、可改性、光稳定性好等优点。

 

另一方面，生物可降解性差引起的潜在细胞毒性阻碍了其临床应用。近红外有机小分子和聚合物中的有机材料已应用于生物成像和传感领域。与无机材料相比，它们在生物相容性和可生物降解性方面具有优势。

 

然而，复杂的合成工艺和较差的光稳定性仍然是某些有机分子所面临的挑战，限制了其进一步的应用。由于上述光热材料的优缺点，它们的复合材料得到了发展和互补。有机-无机复合材料是有机纳米材料与无机纳米材料的结合，通过化学共轭或物理亲和性形成，从而改变了有机-无机复合材料的作用机理和光电性能。

 

因此，传统近红外光热材料的一些缺点，例如功能单一、光热转换效率低、生物相容性差等，可以通过集成来解决。考虑到这一优点，我们可以通过成像材料的选择，药物传输，以及高光热转换效率来获得更好的治疗效果。因此，多功能复合材料在功能化 PTT 中具有广阔的应用前景。

 

图1具有光热转换机理的光热材料示意图及其在光热疗法(PTT)中的应用。

 

1.Li J, Zhang W, Ji W, et al. Near infrared photothermal conversion materials: Mechanism, preparation, and photothermal cancer therapy applications[J]. Journal of Materials Chemistry B, 2021, 9(38): 7909-7926.

 

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