光热治疗是将光热转换剂富集于肿瘤组织，并在外部光源的照射下将光能转化为热能产生局部高温，从而杀死肿瘤细胞的一种新兴治疗方法。光热转换剂的性能对光热治疗的效果至关重要，其要求生物安全性好，光热转换效率高，并具有近红外生物窗口吸收以便于深层组织穿透。

近年来，含有未配对电子的有机自由基在光热转换材料的研究中引起广泛关注。和常规闭壳层分子相比，开壳层自由基通常具有更小的最高占据-最低未占据轨道能级差和基态-激发态能级差，其特殊的电子结构特性促进了长波长吸收及吸收光子后的非辐射能量释放过程。然而，自由基一般合成分离困难, 且大多寿命较短，在光或热的作用下无法存活。如何通过合理的设计合成来调控自由基的光物理性质，以满足在生物体系中光热稳定等特定性能要求，依然极具挑战性。

近日，南京大学沈珍教授团队通过芳环稠合的分子调控策略，合成了高度稳定的，在可见至近红外区域具有优异光吸收能力的镍咔咯自由基，实现了基于自由基纳米粒子的高效近红外光声成像和光热治疗。

作者通过逆Diels-Alder反应实现了咔咯 β 位放射状苯环、萘环和蒽环稠合。随着 π 共轭扩展程度的增强，咔咯自由基的最长波吸收带从苯并的红光区（693 nm）红移至萘并的近红外一区（800 nm）和蒽并的近红外二区 （1024 nm）。基于自由基复杂的电子跃迁，萘并和蒽并咔咯自由基具有宽广的吸收带，展现出了可见至近红外光的全色吸收。萘并和蒽并化合物均为优异的电子供体，并具有可逆氧化还原能力，其一价阳离子也展现出扩展至近红外区域的强吸收带。

理论计算表明，萘并和蒽并咔咯自由基的最低二重激发态和基态的能级差极小，这极大促进了光激发后能量的非辐射耗散，从而有效地产生热量。作者将长链烷基功能化的萘并咔咯自由基通过两性聚合物封装为水溶性纳米粒子Na-NPs。该纳米粒子保持了有机分子的光吸收能力和自由基特性，并在近红外激光（808 nm, 1.0 W· cm^-2）照射下展现出优异的光热稳定性和转化效率。光声成像研究表明，通过小鼠尾静脉注射，Na-NPs 能有效地被动富集在肿瘤部位，并于 5 小时左右抵达峰值。在808 nm 激光照射下，药物富集的肿瘤部位温度快速升高至 ≈ 48 ℃，实现肿瘤细胞的消融。通过体外细胞和小鼠动物实验，Na-NPs 展现出了良好的生物相容性和光热治疗效果。

该研究为自由基的光物理性质调控提供了新策略，并为高效近红外光热转换剂的构建提供了新的设计平台。