1 北京大学未来技术学院生物医学工程系，北京 100871
2 南开大学生命科学学院，天津 300071
以光敏剂为基础的光动力疗法已被确定为许多肿瘤、皮肤性疾病、血管性疾病等适应证的安全治疗方式。在近些年的研究中，卟啉类光敏剂、二氢卟吩类光敏剂等均投入临床使用，酞菁类光敏剂、稠环醌类光敏剂等均已开展临床研究。但是，光动力疗法在临床转化中还面临着诸多问题，如有限的穿透深度、较低的溶解度、暗毒性、对氧气浓度的高度依赖等，新型的安全高效的光敏剂亟待被进一步开发，以实现高度特异性微创治疗。目前，新型光敏剂的研发主要聚焦于靶向修饰和智能纳米药物递送体系以及可激活/响应型光敏剂、耐乏氧肿瘤微环境的Ⅰ型光敏剂、适应深层实体瘤治疗的光敏剂等。此外，超声激发的声动力治疗也为光敏剂的临床应用开辟了新思路。随着新型光敏剂的开发与转化，将会有更多的光敏剂药物被应用于临床实践，为癌症和其他疾病患者带来福音。
医用光学 光敏剂 光动力疗法 临床应用
1 南京大学 产业技术研究苏州总院, 江苏 苏州 215000
2 南京大学 金陵学院, 南京 210094
3 上海航天电子技术研究所, 上海 201109
4 上海航天控制技术研究所, 上海 201109
光敏晶体管是空间飞行器光电编码器中的重要组成部分, 对空间高能质子引起的位移损伤效应较为敏感。文章通过试验获得了光敏管的核心参数输出电流与质子能量、位移损伤剂量、工作状态、屏蔽材料的关系。在50、60、70、92 MeV四种能量的质子辐照下, 器件输出电流及光电转换效率最大下降80%。晶体管内部光敏二极管初始光电流的下降和晶体管电流增益的下降共同作用造成了输出电流随位移损伤剂量的增加不断衰减。不锈钢和三明治屏蔽结构对60 MeV能量质子几乎没有遮挡效果。通过提高输入光照强度, 增大初始光电流, 可以降低位移损伤效应的影响。另外, 采用PIN型光电二极管, 增大耗尽区面积, 也是可行的加固方法之一。
光敏晶体管 高能质子 位移损伤效应 非电离能损 phototransistor high energy proton displacement damage effect non-ionizing energy loss
广东第二师范学院化学与材料科学学院, 广州 510800
采用高温固相法合成了La2MgTiO6∶Mn4+、La2MgTiO6∶Pr3+、La2MgTiO6∶Pr3+,Mn4+单掺杂和双掺杂荧光粉, 并通过X射线衍射、扫描电镜、荧光光谱等测试方法对荧光粉的物相结构、形貌和发光特性进行了表征及分析。结果表明: 成功合成了La2MgTiO6∶Mn4+、La2MgTiO6∶Pr3+、La2MgTiO6∶Pr3+,Mn4+荧光粉且均为纯相; 样品的粒径为1~2 μm; La2MgTiO6∶Mn4+在650~750 nm的红光发射是来自Mn4+的2E1→4A2跃迁, La2MgTiO6∶Pr3+在红光区域600~660 nm具有强烈的发射, 归属为Pr3+的3P0→3H6和3P0→3F2跃迁。当Mn4+与Pr3+共同掺杂于La2MgTiO6时, 来自Mn4+、Pr3+不同波段的红光发射使荧光粉的发射光谱与植物光敏色素Pr与Pfr吸收光谱的重叠程度大幅增加, 表明Mn4+、Pr3+共掺有效拓宽了La2MgTiO6荧光粉的红光发射区域, 更符合植物照明的需求, 在LED植物照明领域具有更明显的潜在应用价值。
荧光粉 红光发射 光敏色素 植物照明 La2MgTiO6 La2MgTiO6 phosphor red light emission phytochrome Mn4+ Mn4+ Pr3+ Pr3+ plant illumination
为进一步提高硫系光纤的光敏性，基于光纤法布里-珀罗标准具原理研究了As2S3硫系光纤在轴向张力作用下的光敏性，结果表明施加轴向张力能显著提高其光敏性。与未施加轴向压力相比，在第一快过程中，光致折射率负变化幅度减小，经历的时间可缩短至数十秒；在第二慢过程中，光致折射率变化Δn加快朝正方向恢复，在一定张力作用下光致折射率变化Δn出现正增长，Δn增长幅度可达到5.41×10-3。基于这一显著光敏性刻写了As2S3硫系光纤Bragg光栅，在70~110 s的短曝光时间内，光栅透射深度平均值达到了9.46 dB，且光栅光谱质量良好。本研究为制备高反射率硫系光纤光栅提供了新思路和新途径。
光纤光学 硫系玻璃光纤 张力 光敏性 光纤光栅 中国激光
2023, 50(14): 1406003
中国计量大学太赫兹研究所，浙江 杭州 310018
提出一种双C环光敏硅可重构超表面，该超表面通过改变光敏硅电导率可以实现在太赫兹波段的多功能切换。当大小C环的电导率分别为5.0×105 S/m和0 S/m时，所设计超表面表现为线-线极化转换器，在2.10~3.15 THz频率范围内极化转换率大于90%；当大小C环的电导率分别为0 S/m和5.0×105 S/m，该结构在2.33~2.47 THz和2.78~4.40 THz频率范围内表现为线-圆极化转换器；当大小C环的电导率同时变化为2.5×105 S/m时，该结构转化为吸收器，在2.40~4.60 THz频率范围内吸收率大于90%。将大小C环电导率都为0 S/m的单元与大小环电导率都为2.5×105 S/m的单元进行编码，该结构在2.80~3.00 THz范围内实现近场成像。将大小C环电导率分别为5.0×105 S/m和0 S/m的单元与大小环电导率都为0 S/m的单元进行周期性编码，该结构可实现对太赫兹波二分束和四分束。结果表明，通过改变外部光照条件，可以实现对所设计超表面重构，获得多种太赫兹调控功能。
表面光学 太赫兹 光敏硅 可重构超表面 多功能 光学学报
2023, 43(11): 1124003
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
光动力治疗（photodynamic therapy，PDT）一直是黑色素瘤治疗领域的主要方法，而研发更为高效的光敏剂是改进治疗的关键所在。为了提高光动力治疗的效果，设计了一种新型的光敏剂药物，其以传统的光敏剂原卟啉IX（Protoporphyrin IX，PpIX）为基底材料，通过所合成的PMHC18-mPEG将去甲基化药物SGI-1027和PpIX包裹起来形成SGI@ PpIX-mPEG复合体系。PpIX受到光照之后会导致细胞产生大量活性氧（reactive oxygen species， ROS），从而使下游的Caspase-3蛋白含量增加，同时去甲基化药物会上调GSDME蛋白的含量。研究结果表明，所合成的新型光敏剂药物不仅能够产生活性氧杀死癌细胞，而且能够通过Caspase-3蛋白和GSDME蛋白的相互作用进一步导致细胞焦亡从而提升光动力治疗的效果。
光动力治疗 光敏剂 活性氧 去甲基化 细胞焦亡 photodynamic therapy photosensitizer reactive oxygen species demethylation pyroptosis
1 中国科学院空间应用工程与技术中心, 北京 100094
2 航天材料及工艺研究所, 先进功能复合材料技术重点实验室, 北京 100076
光敏树脂是光固化3D打印的材料基础, 也是光固化3D打印陶瓷的成型媒介。光敏树脂体系影响光固化3D打印陶瓷构件成型过程的收缩率与脱脂过程的应力, 本文设计了含环状结构的单官能度树脂、三官能度树脂及引入预聚物及稀释剂的多组分树脂三个树脂体系, 测试了三个树脂体系的收缩率, 研究表明引入预聚物及稀释剂的树脂体系具有最低的固化收缩率, 有效缓解了因固化反应收缩造成的3D打印氧化铝陶瓷素坯开裂的问题。采用热失重分析和热处理实验研究了三个树脂体系的热分解行为, 多组分树脂体系具有分阶段热解的特性, 采用该树脂体系制备了光敏性氧化铝浆料, 优化了光固化打印参数及脱脂气氛, 3D打印厚壁实心(12 mm×12 mm×12 mm)样件与大尺寸(80 mm×50 mm)的氧化铝陶瓷素坯脱脂后均无裂纹等缺陷。
光固化3D打印 光敏树脂 厚壁结构 低应力脱脂 陶瓷构件 低收缩 vat-photopolymerization 3D printing photosensitive resin thick-walled structure low-stress degreasing ceramic component low shrinkage
1 南京工业大学先进材料研究院，江苏 南京 211816
2 江苏师范大学化学与材料科学学院，江苏 徐州 221116
谷胱甘肽（GSH）在多种肿瘤细胞中过表达，是肿瘤微环境的重要特征之一，以GSH作为触发因子可以实现肿瘤的精准治疗。GSH是一种内源性抗氧化剂，其分子结构中的巯基官能团能够快速消耗肿瘤细胞内的活性氧物种（ROS），降低光动力治疗（PDT）的效果；相反，GSH的消耗也可以增强PDT。因此，以GSH作为生物靶标及触发因子设计GSH响应型光敏剂有望实现高效精准的肿瘤PDT。本文首先对GSH在生物体内的作用进行了简单介绍，进而对GSH激活型和GSH消耗型光敏剂的响应机制与响应型PDT进行了详细阐述，最后对GSH响应型光敏剂在肿瘤光动力治疗中面临的挑战以及未来的发展方向进行了讨论。
医用光学 谷胱甘肽 肿瘤微环境 光动力治疗 光敏剂 光治疗
1 北京理工大学医学技术学院，北京 100081
2 解放军总医院第一医学中心激光医学科，北京 100853
光动力疗法（PDT）是一种通过光动力反应选择性地治疗恶性肿瘤及癌前病变等疾病的新型疗法，具有广阔的临床应用前景。光敏剂作为PDT的关键要素之一，其在体浓度分布直接影响PDT疗效，实现光敏剂剂量在体定量检测是开展个性化PDT精准治疗的前提。介绍了光敏剂浓度在体定量检测的影响因素；总结了目前常用的光敏剂荧光光谱定量校准方法及荧光定量检测技术；最后讨论了光敏剂定量检测技术在PDT临床转化应用中所面临的挑战和发展方向。
医用光学 光敏剂 光动力疗法 剂量 定量检测 荧光 临床应用
咸阳师范学院化学与化工学院, 陕西 咸阳 712000
用于光动力疗法(PDT)中的光敏剂是一类吸收一定波长的光后达到激发三重态, 然后将三重态能量转移给生物体内的氧分子使得基态氧激发为单线态氧的一类物质。 目前, 临床应用的光敏剂大部分是以卟啉为主的平面型分子。 平面分子一般具有较大的共轭键, 被光激发后系间窜跃小, 三重态寿命较长, 因此可以获得高产率的单线态氧。 然而临床使用的这类光敏剂吸收波长位于紫外区域, 照射光会对人体组织造成光损伤, 因此改善临床光敏剂光毒性特征, 合成具有可见光区域吸收波段的光敏剂是光动力疗法研究的重要内容之一。 该研究依据密度泛函(DFT)及其含时理论(TD-DFT), 对三类平面型卟啉衍生物[耳坠型卟啉(a), 三磺酸基酞菁(b), 三磺酸基酞菁合Ni(Ⅱ)(c)]的基态和激发态性质进行了严格的密度泛函计算。 几何优化计算显示: 分子(a)的最稳定构型中, 所有原子都处于一个平面, 分子直径大约是7 Å, 分子空穴达到5 Å。 分子(b)所有的原子也处于同一平面, 分子直径达到8 Å, 但是分子空穴只有4 Å。 分子(c)的最稳定构型与平面结构发生了偏离, 这是由于金属Ni的四配位倾向形成变形四面体, 分子的空穴变得更小。 几何优化结果说明耳坠型卟啉分子大的空穴有助于其捕获更多的基态氧并进行能量传递。 前线轨道能量和轨道布局计算显示: 耳坠型分子(a)最高占据能量是最高的, 即电子更易被激发。 三类分子的最高占据轨道与最低空轨道的能级间隔分别为0.072, 0.076和0.075 a.u., 可以看出耳坠型分子(a)有最低的能级间隙。 从轨道布局来看, 三类分子中所有原子的p轨道参与了共轭大π键的形成, 其中分子(c)中金属d轨道也参与了大π键的形成。 对三类分子的吸收光谱进行了模拟, 三类分子都具有卟啉特有的Soret带和Q带。 (a)分子Q带位于450~900 nm, (b)分子和(c)分子的Q带位于400~800 nm, 其中(a)分子的最大吸收波段是939 nm。 该研究从分子结构, 轨道能量以及吸收光谱对三类卟啉类光敏剂的微观特性进行了理论计算和讨论, 研究结果将为发现和开发近红外吸收的卟啉类高效光敏剂提供理论依据。
光敏剂 卟啉 密度泛函 吸收光谱 Photosensitizer Porphyrins Density functional Absorption spectra 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1769
