NIR-Ⅱ及拉曼双响应型氧化钼基纳米探针的肿瘤诊疗一体化研究

The attenuation of light in biological tissue is the main reason for the limited penetration of light in the tissue, also reduces the efficacy of photothermal therapy (PTT). The use of light source in the second near-infrared (NIR-Ⅱ) window is expected to break through the limitation of tissue transmission of the current NIR-I light source, and improve the PTT efficiency for the deep pathological tissue. This project aims to establish a NIR-Ⅱ responsive and molybdenum oxide (MoOx)-based nano-system for NIR-Ⅱ tumor theranostics. Meanwhile, as a new star in the field of surface-enhanced Raman scattering (SERS) in recent years, MoOx nanostructure exhibits good SERS activity. This study will explore the potential of the Bio-SERS application of the MoOx-based nanostructures and to achieve the NIR-Ⅱ photothermal therapy under the guidance of SERS technique. In order to determine the effect of NIR-Ⅱ PTT, the photothermal damage of NIR-I and NIR-Ⅱ laser on the deep pathological tissue will be compared. Finally, Bio-SERS technology and biochemical methods will be adopted to study the mechanism of interaction between MoOx nanostructures and cells, as well as the molecular mechanism of NIR-Ⅱ PTT.

生物组织对光的衰减作用是光在组织内部穿透深度受限的主要原因。在对肿瘤的光热治疗（PTT）中，也会因光的损耗导致治疗效果降低。采用近红外二区（NIR-Ⅱ）光源有望突破当前NIR-Ⅰ区光源的组织传播限制，提升对深层病灶组织的PTT治疗效率。本项目拟建立对NIR-Ⅱ区响应的氧化钼基纳米体系，应用于肿瘤的NIR-Ⅱ诊疗。同时，半导体材料也是近年在表面增强拉曼散射（SERS）研究领域的新星。氧化钼纳米结构同样也展示出很好的SERS活性。探索所构建氧化钼基纳米结构的Bio-SERS应用潜力，并实现在SERS引导下的肿瘤NIR-Ⅱ光热治疗。对比分析NIR-Ⅰ和NIR-Ⅱ激光对深层病灶组织的光热杀伤，以判定NIR-Ⅱ PTT的效果。最后，利用Bio-SERS技术结合其他生化手段研究氧化钼基纳米结构与细胞的相互作用机制和NIR-Ⅱ PTT分子机制。

生物组织对光的衰减作用是光在组织内部穿透深度受限的主要原因，这也是近红外光热治疗（NIR PTT）对深层部位肿瘤组织治疗效果不佳的主要原因之一。本项目研究采用NIR-II激光作为PTT光源，以突破常规NIR-I激光的组织传播限制；并建立了基于NIR-II响应的氧化钼基纳米材料以实现高效的NIR-II PTT治疗。同时，氧化钼材料还体现出良好的表面增强拉曼散射（SERS）活性，具备较好的Bio-SERS分析应用潜力。经过四年的研究工作，本研究取得的主要研究成果包括，首先采用水热反应法制备氧化钼（MoOx）纳米材料，通过对原料的选取和反应条件的优化，成功地制备得到多种形貌、大小和氧含量的氧化钼纳米结构，如MoOx纳米片、MoOx量子点、MoOx纳米球、MoO2纳米聚集体和MoO2纳米哑铃等。接着对几种MoOx材料的SERS活性及其生物分析应用进行了研究；进一步构筑了MoOx与贵金属的复合纳米结构作为高性能SERS基底用于肿瘤细胞的高灵敏分析。最后，完成了基于MoOx材料的NIR-II光热肿瘤治疗以及相关的分子机理。在完成原有计划的基础上，还对MoOx的光热效应进行了深入探索，将基于MoOx的NIR-II光热治疗与免疫治疗结合，实现了对肿瘤的高效光免疫治疗。另外，还开展了一系列的拓展研究，开发了其他类型的纳米材料（如：过渡金属碲化物、碳点、等），并对其SERS活性和肿瘤诊疗应用进行了一定的探索。本项目研究所建立的基于SERS技术的肿瘤诊疗研究体系有助于为肿瘤研究提供新的研究路径；另外，基于氧化钼的NIR-II光免疫治疗亦有望为肿瘤治疗提供新的思路和理论基础。