生命和医学科学的飞速发展离不开新技术和新方法的应用，目前许多研究人员一直致力于新的分析和治疗技术的研究和应用，其中利用光作为激发源的诊疗技术在生物医药领域得到了快速发展。近红外光激光具有较大的生物穿透深度，因此特别适合用作光激发源。由于生物组织本身不能有效吸收近红外光，当近红外光应用于生物医学领域时，需要特殊的纳米材料或者器件来吸收光并转换成所需的信号或者能量。本课题组旨在开发能在生物体内吸收近红外光并进行能量转换的技术及应用：近红外光—热能转换技术与癌症治疗、近红外光—电能转换技术与生物电源、近红外光—可见光上转换技术与生物标记；对应着3种近红外光驱动的纳米材料和器件：光热转换纳米材料、980nm激光驱动的发电机、稀土上转换发光材料。

1.1近红外光—热能转换技术与癌症治疗

癌症给人类的健康带来严重的威胁，常规的治疗方法(如手术切除和化疗)有很大的副作用，开发癌症治疗新技术吸引了高度重视。基于近红外光—热能转换的光热诊疗技术是一种副作用小的癌症治疗新方法。该技术的关键是开发高效、生物兼容性、具有靶向性的近红外光热转换材料。将光热材料溶液注入动物肿瘤，再利用近红外激光激发肿瘤，肿瘤内的光热材料吸收光产生热，导致肿瘤温度升高；一定时间后癌细胞就像冰雪一样融化。光热诊疗技术因其微创性和治疗有效性在恶性肿瘤治疗方面得到了快速发展，吸引了广泛的研究。我们致力于开发各种半导体光热转换材料，例如CuS和W₁₈O₄₉纳米材料。为了进一步优化诊疗效果，我们还将光热转换材料和成像试剂或者药物释放系统整合到一起，发展成像监控的光热治疗技术以及光热/化疗联合治疗技术，为光热材料在癌症治疗方面的临床应用奠定理论和实验基础。

1.2近红外光—电能转换技术与生物电源

人类梦想着能开发出纳米生物机器人并用于监控、诊断和治疗疾病(如器官的原位修复)。驱动和操纵纳米生物机器人的前提是开发具有生物兼容性的电源，且该电源应该是在生物体内长期提供稳定可靠的电力。本组致力于开发近红外光驱动的生物发电机，为纳米生物器件包括纳米机器人供电。

1.3近红外光—可见光上转换技术与生物标记

传统荧光材料往往由低波长的光（例如：紫外光）激发而发出长波长的光（例如：可见光），但是紫外光和可见光均难以从外界进入人体组织，因而传统的发光材料很难应用于生物成像。近红外光（780~1100 nm）对人体组织有一定的穿透性，上转换材料能够吸收近红外光并激发出可见光，能够弥补传统荧光材料的不足。本组利用稀土掺杂的上转换发光纳米材料，将透入人体的近红外光转换为可见光进行生物检测与生物成像，并探索其在肿瘤光学治疗中的应用。