利用X射线诱导的余辉（放射余辉）结合单线态氧（¹O₂）生成的放射动力学效应，解决了光学成像在深组织诊断与治疗中穿透深度有限的问题。然而，有机放射余辉材料由于X射线转换效率低限制了其应用。本研究开发了一种级联X射线能量转换策略，构建了一种新型有机放射余辉纳米探针（RANPs），以提升X射线的利用效率，用于癌症诊断与精准治疗。

来自新加坡南洋理工大学浦侃裔，北京化工大学宋继彬，南开大学丁丹，华中科技大学张燕合作设计了一种集成了放射波吸收器、放射敏化剂和放射余辉基质的纳米探针系统，优化其余辉亮度、波长和响应时间，以用于深部肿瘤的高灵敏度检测与低剂量放疗，同时降低对正常组织的辐射损伤。该研究于近日以A cascade X-ray energy converting approach toward radio-afterglow cancer theranostics为题在线发表于Nature Nanotechnology期刊。

研究方法

研究团队设计了以CzTPN为放射吸收器、NIR775为放射敏化剂、DTDP为余辉基质的RANPs系统，通过级联辐射发光能量转移（RET）和单线态氧转移（SOT）过程，优化能量传递效率，并结合小鼠肿瘤模型评估其诊断和治疗性能。

关键发现

高效单线态氧生成：RANPs在X射线作用下生成的¹O₂效率显著高于单一组分，达156倍，适用于深部肿瘤治疗。

深组织成像与低剂量放疗：RANPs实现了在15厘米组织深度内的可视化余辉信号，所需X射线剂量比传统无机材料低20倍。

肿瘤特异性探针：通过H₂O₂激活的智能探针tRANP，仅在肿瘤微环境中产生信号，提供精准诊断和手术引导能力。

显著治疗效果：结合低剂量X射线照射，RANPs完全抑制肿瘤生长，且未见显著毒性。

结论

级联X射线能量转换策略显著提升了放射余辉和放射动力学治疗的效率，为癌症诊疗提供了一种新型有机材料解决方案。这一策略在低剂量放疗和精准癌症诊断方面展现出巨大潜力。

参考文献：

https://www.nature.com/articles/s41565-024-01809-9