综述：光热纳米材料在眼科应用中的最新进展

本文聚焦光热纳米材料在眼科的应用。详细介绍其治疗多种眼科疾病（如眼肿瘤、青光眼等）的机制、应用进展，探讨面临的挑战与前景。光热纳米材料展现出巨大潜力，有望突破现有眼科治疗局限，为改善全球视觉健康助力。

　　

光热纳米材料在眼科应用中的最新进展

眼睛是人体重要的信息获取器官，全球却有超 20 亿人存在视力障碍或失明问题。尽管眼科治疗技术不断发展，但仍面临诸多挑战，如复杂眼科问题难以有效解决，在贫困地区，精准光学诊断和先进药物治疗成本高昂。纳米技术的兴起为眼科治疗带来新契机，光热纳米材料因其独特优势，在眼科治疗领域展现出巨大潜力。

光热纳米材料的分类及特性

光热纳米材料是一类具有高度可调光热转换特性的纳米材料，根据光热转换机制可分为三类。

1. 等离子体金属纳米颗粒：金属纳米颗粒可通过局域表面等离子体共振（LSPR）引发光热转换。当入射光频率与金属表面电子固有振荡频率一致时，电子集体共振，通过焦耳机制将动能转化为热能，光热转换效率接近 100%。其吸收波长与颗粒大小、形状及合成环境密切相关。利用这一特性，LSPR 纳米金属在低能量激光脉冲照射下，能迅速升温形成蒸汽纳米气泡（VNBs）。VNBs 的膨胀和收缩可产生机械力，用于细胞或组织治疗，如癌细胞清除、有害蛋白聚集体降解和克服药物递送障碍等。而且，精确调整 LSPR 金属的形态和粒径，可使其特征吸收处于特定范围，减少对眼内非病变区域的光热损伤。
2. 碳和聚合物材料：这类材料主要通过分子热振动实现光热转换。当入射光子能量与分子内电子轨道跃迁能量匹配时，电子被激发，弛豫过程中引发分子晶格振动并释放热量。碳材料（如石墨烯、碳纳米管等）和聚合物材料（如聚多巴胺、聚苯胺等）由于含有高密度的松散结合电子和窄能级间距的 π 电子，具有宽光谱吸收和高效光热转换能力。一些有机小分子染料也可作为光热剂，但存在光热转换效率低、易光漂白、水溶性差和稳定性低等问题。不过，通过分子修饰、纳米载体封装等策略可改善这些缺点。此外，碳和聚合物纳米材料还具有生物相容性好、可降解、来源广泛、成本低和结构可调控等优点，在眼科应用中优势明显，例如可利用其全光谱吸收特性，借助太阳光或电子屏幕调节药物释放，治疗干眼综合征。
3. 无机半导体材料：无机半导体材料的导电性介于导体和绝缘体之间，其光吸收特性主要取决于带隙宽度。窄带隙半导体可吸收大于或等于其带隙能量的光，产生电子 - 空穴对，电子转移后通过非辐射弛豫释放能量，实现局部晶格加热，具有宽吸收光谱和高效光子捕获能力；宽带隙半导体光吸收范围较窄，光热转换能力相对较弱。半导体材料在光热性能设计上具有更大灵活性，可通过化学组成、晶体结构调整和能带工程改变光吸收范围。例如，通过非金属掺杂可使 TiO₂的带隙变窄，增强其对可见光的吸收。一些依赖离子键的半导体适合制备成多孔结构，可大量负载药物，实现光热控释药物治疗。部分表面载流子浓度高的半导体还可通过 LSPR 进行光热转换，进一步拓展其应用潜力。

光热纳米材料在眼科疾病治疗中的应用

1. 眼肿瘤：眼肿瘤严重威胁患者视力和生命，传统治疗方法（如眼球摘除、化疗、放疗）存在诸多弊端。光热治疗（PTT）创新成果不断涌现，如制备含氧化铁纳米团簇的透明聚乳酸（PLA）薄膜，可利用激光诱导 VNBs 选择性破坏角膜单细胞，有望用于眼肿瘤治疗；由金纳米棒、香叶醇、壳聚糖和基因靶向药物组成的光热凝胶，经近红外（NIR）光激活后，能控制药物释放并实现温和 PTT，在体内外均展现出优异的抗肿瘤效果；负载化疗药物的金纳米颗粒（如 Fu - AuNPs），通过 PTT - 化疗协同作用有效抑制脉络膜黑色素瘤；结合抗上皮细胞黏附分子（EpCAM）的金纳米棒，能精准靶向 EpCAM⁺Y79 视网膜母细胞瘤癌细胞，借助优化参数的飞秒圆偏振激光脉冲诱导 VNBs 破坏癌细胞，同时保护健康细胞。
2. 白内障术后后囊膜混浊：后囊膜混浊（PCO）是白内障手术后常见并发症，由残留晶状体上皮细胞（LECs）增殖、迁移和纤维化引起，严重影响视力。目前主要治疗方法聚焦性囊膜切开术存在严重并发症风险。研究人员开发了多种光热纳米材料用于预防 PCO，如将二氧化硅包覆的金纳米棒（Au@SiO₂）制成光热环置于人工晶状体（IOL）边缘，利用其局部光热转换作用，有效清除 IOL 周围的残留 LECs，显著降低 PCO 发生率；还原氧化石墨烯（rGO）、聚多巴胺等宽吸收波长的光热纳米材料也可构建 IOL 边缘光热环，抑制 PCO 效果良好；采用黑磷（BP）作为光热环并结合药物（如 DOX）控释，能进一步降低 PCO 发生率；二维 Ti₃C₂纳米片负载雷帕霉素（Rapa）用于 IOL，在 NIR 光触发下，可有效抑制 LECs 迁移和炎症反应，且对周围健康组织损伤小。
3. 玻璃体混浊：玻璃体混浊多由老化、近视、糖尿病等因素导致玻璃体凝胶液化和胶原纤维积聚引起，影响患者视力和生活质量。研究发现，透明质酸（HA）包覆的金纳米颗粒（HA - AuNPs）能在低能量激光脉冲作用下产生 VNBs，机械破坏玻璃体中的胶原聚集体，为治疗视网膜附近混浊提供了安全有效的方法；有机染料吲哚菁绿（ICG）主要在 NIR 区域吸收光，对生物分子吸收少，注入兔眼后结合激光脉冲可完全消融注入的胶原混浊；阳离子碳量子点也可通过低通量脉冲激光产生的 VNBs 分解胶原纤维和玻璃体混浊。
4. 青光眼：青光眼是全球第二大致盲眼病，由房水循环障碍导致眼压（IOP）升高，进而引起视网膜神经节细胞死亡和视神经病变。目前眼部药物递送治疗面临药物降解和扩散障碍等问题。光热纳米材料在青光眼治疗中展现出多种应用方式，如基于水凝胶的光热控释药物系统，通过加热使水凝胶可逆软化，实现药物按需释放，可有效控制眼压并预防感染；利用光热形状记忆聚合物（SMPs）制备的硅胶引流管，可通过激光加热调节管径，实现对眼压的精准控制；具有光热、抗菌和药物递送能力的聚乙烯醇（PVA）水凝胶（PVA@rGO - Ag/5 - Fu），在 NIR 照射下，可有效破坏结膜成纤维细胞和细菌，抑制滤过泡的纤维化反应，降低眼压。
5. 眼内炎：眼内炎多由病原感染引起，是眼科手术后常见并发症。抗生素的过度使用导致耐药菌株出现，治疗面临挑战。研究人员开发了多种光热治疗剂应对这一问题，如 AuAgCu₂O - NS，其光热效应与 Ag⁺离子释放协同作用，可有效根除耐药细菌，同时 Cu⁺离子促进伤口愈合；将抗炎药物溴芬酸钠融入 AuAgCu₂O - NS，可用于治疗兔眼内炎模型中的细菌感染和严重炎症；AgCu₂O 和乙二胺四乙酸（EDTA）组成的凝胶对真菌性角膜炎也有治疗效果。
6. 实现近红外视觉：人类眼睛只能感知 380 - 780nm 的可见光，而部分动物（如蟒蛇）能通过温度敏感的瞬时受体电位（TRP）阳离子通道检测红外线。研究人员将高效吸收红外线的金纳米棒与温度敏感离子通道抗体结合，成功使盲鼠和人视网膜的残留光感受器细胞产生 NIR 光敏性，通过调整金纳米棒长度和通道温度阈值，可调节视网膜对不同 NIR 光波长和辐射强度的响应，这一成果为增强人类环境感知能力带来新希望。
7. 促进视网膜药物递送：视网膜疾病常导致视力下降甚至失明，药物治疗是常见策略，但眼组织屏障阻碍药物渗透和沉积。光热纳米材料可通过光热作用选择性破坏传输屏障，促进药物递送至视网膜。例如，ICG 可结合到内界膜（ILM）上，在脉冲激光照射下产生 VNBs，破坏 ILM，帮助药物突破屏障递送至视网膜。研究人员还合成了不同类型的 ICG 纳米颗粒（NPs），通过调节其大小、表面电荷和 ICG 浓度，优化对 ILM 的破坏效果，有望提高多种视网膜疗法的疗效。
8. 光热纳米材料用于眼部光声成像：先进的眼科成像技术如光声成像（PAI）、光学相干断层扫描（OCT）等在眼部疾病诊断和监测中发挥重要作用，但各有局限性。PAI 具有深层穿透成像能力，对新生血管系统敏感，可提供丰富的功能信息，但成像速度较慢且分辨率随成像深度增加而降低。光热纳米材料因其高消光系数，能增强光热 - 声转换，提高 PAI 成像质量，如金纳米颗粒（AuNPs）及其多种形态（如金纳米棒、金纳米星等）已广泛用于检测眼部结构，表面修饰可优化其光吸收特性，增强 PAI 信号；结合外源性和内源性对比剂的双模态 PAI 系统，可实时评估抗脉络膜新生血管（CNV）治疗效果并跟踪药物；用 PAI 对比剂标记干细胞，可实时监测干细胞在眼内的递送和循环。

结论

光热纳米材料在眼科疾病治疗研究中开辟了新途径，其精准靶向、热场局限、光源兼容性好、可调节性高和易于获取等特点，为精确可控的光热治疗奠定基础。多种基于光热纳米材料的治疗平台展现出优于传统热疗的效果，在眼科领域具有广阔的临床应用前景。目前该领域研究多处于概念验证阶段，未来需进一步解决面临的挑战，以实现更广泛的临床应用。

1. 安全性问题：光热纳米材料的临床应用安全性至关重要。其安全性受多种因素影响，如形态、结构、浓度等。无机光热纳米材料（如 AuNPs）虽广泛应用，但存在不可生物降解、可能碎片化和细胞毒性等问题；有机光热纳米材料具有生物相容性好、易降解等优势，潜力巨大。需通过动物模型进行严格的安全性研究，评估毒理学、药代动力学等，并关注治疗过程中的各种潜在风险。
2. 材料复合与修饰：目前光热纳米材料与其他物质的复合研究有限，但已显示出良好的治疗效果。未来应进一步探索其修饰和负载方式，结合更多生物分子，拓展治疗应用范围，如用特定靶向分子修饰材料，实现对不同眼组织的精准治疗；表面掺杂代谢相关离子，精确调控细胞功能。
3. 新型材料探索：在眼科光热纳米材料研究中，对光吸收调节和热管理的关注较少，且一些新型材料（如金属 - 有机框架、共价有机框架等）尚未得到充分探索。这些新型材料有望显著改善光热性能，推动治疗突破，未来应加强相关研究。
4. 技术创新：传统光热纳米材料开发依赖试错和经验，周期长、成本高。人工智能和机器学习的发展为材料设计和筛选带来变革，通过开发相关模型，可加速高性能目标材料的开发，减轻实验负担。同时，先进的表征工具、理论模拟和高通量测试技术也将为光热纳米材料的发展提供有力支持。

光热纳米材料在眼科治疗领域前景广阔，但要实现临床广泛应用，还需科研人员在多方面深入研究和探索，以解决现有问题，推动眼科治疗技术的进步，为全球眼疾患者带来新的希望。