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为解决传统光传感器和癌症治疗难题，研究人员开展多功能纳米颗粒在光传感和光疗应用的研究，发现其有临床应用潜力。
光，作为一种利用光子 - 电子相互作用引发生物效应的非侵入性工具，在生物医学领域的光传感和光疗中有着重要应用。与传统光传感器不同，现代光传感器可由近红外（NIR）光、等离子体增强荧光、超声和辐射等更先进的能量源激活，能够实现更深的组织穿透。纳米光传感器因具有大的比表面积、高空间分辨率等优势，在深层组织成像方面备受关注。
在深层组织进行实时、非侵入性且高空间分辨率的传感和成像技术，可全面准确地观察生物体内部结构和生物活动，为医疗实践提供重要信息。在光学传感和成像中，近红外触发的探针组织穿透最深，组织散射比可见光低。金纳米团簇、碳纳米管等无机纳米材料，其发射波长在近红外 I 区（750 - 900nm）至近红外 II 区（1000 - 1700nm），被用作近红外光激活的纳米光传感器。利用金属纳米颗粒增强荧光光传感的信号放大技术，能提高量子产率、放大荧光信号、延长荧光寿命并提升检测灵敏度。不过，实时光激发的需求和组织自发荧光问题限制了深层组织荧光成像。为解决这些问题，研究人员开发了余辉发光纳米颗粒，它能储存光能并在光照停止后发射光子，克服组织自发荧光，实现对深层组织生物标志物的高灵敏度检测。此外，辐射和超声等替代激发源也被用于余辉成像，其中超声作为一种更安全的机械能，在余辉发光纳米颗粒激活应用中备受关注。
光不仅在光传感中发挥作用，在治疗方面，尤其是抗癌和抗菌光疗中也至关重要。肿瘤微环境（TME）的低 pH 值、有氧糖酵解产生的高活性氧（ROS）、缺氧和免疫抑制等特点，给传统化疗、放疗和免疫治疗带来很大挑战。细胞内过多的 ROS 会氧化脂质、蛋白质和 DNA，破坏其功能，这一现象被用于多种抗癌策略。但抗癌治疗的一大难题是治疗药物在肿瘤部位的浓度低。在过去二十年里，研究人员致力于构建能精准靶向肿瘤且对正常组织毒性小的创新递送系统，基于纳米颗粒的药物递送系统，特别是仿生纳米颗粒受到广泛关注，它能通过在纳米颗粒表面修饰肿瘤特异性配体实现精准靶向，增强封装药物的药代动力学性能，降低全身毒性。纳米颗粒可根据肿瘤的独特病理生理特征进行设计，利用被动和主动靶向机制，到达肿瘤组织后，利用增强的渗透和滞留效应，在肿瘤部位直接释放化疗药物或核酸等治疗剂，实现高效的细胞毒性和基因治疗。目前研究聚焦于开发能响应特定环境刺激的 “智能” 纳米颗粒，光作为一种外部非侵入性刺激，在抗癌治疗中用于纳米颗粒的智能药物释放，涉及光异构化、光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）等过程。不过，大多数基于纳米颗粒的 PTT/PDT 疗法中，静脉注射的纳米颗粒只有不到 5% 能到达肿瘤部位，为延长循环时间，研究人员开发了细胞膜仿生纳米颗粒。
纳米颗粒在抗菌药物递送方面也展现出创新潜力，它能克服细菌耐药性，还可通过工程化设计实现对细菌病原体的选择性靶向。抗菌光动力疗法与抗肿瘤光动力疗法原理相似，但靶点是病原体。为提高抗菌光疗的疗效，研究人员正在研究刺激响应性纳米颗粒和前光敏剂等新技术。
本文重点介绍了多功能纳米颗粒在光传感和光疗应用中的最新进展及其临床应用潜力。随着纳米技术的快速发展，各种光响应纳米药物不断涌现，光不仅可作为能源，还能作为外部触发远程释放光敏剂（PS），在疾病诊断、监测、治疗效果跟踪和成像引导治疗等方面前景广阔。
