葉酸分子修飾之奈米材料藉由靶細胞表面葉酸受體達到高度選擇性。此奈米材料首先將葉酸分子利用2-硝基苯甲基胺(光籠分子)包覆以保護奈米藥物被其它細胞吞噬。在980 nm近紅外光照射下，奈米材料進行二次電子躍升，釋放出360 nm波長能量(高能量)，進一步將2-硝基苯甲基胺氧化成2-硝基苯甲醛分子解離葉酸分子，達到精準辨視癌細胞的效果(配體-受體專一性結合)及精準毒殺癌細胞的治療功效。

本年度計畫亮點成果主要是將上述內容轉化成三大授課主題，分別為

1. 認識光及電磁輻射。
2. 光催化化學反應。
3. 配體受體辨視癌細胞。

對應相對主題，我們開發出一系列動手做及互動式教材教具，透過簡易的模擬實驗，了解實際此奈米藥物的運作原理。

介紹光及電磁輻射的基本概念，使同學瞭解光的波長及能量之間關係，進考驗學生能量守恒概念，提出疑問進而引導出上轉換能量的概念。因此，在此部分開發出快問快答互動式教材，藉由圖相法加強學生對光能量的概念。

上轉換，簡單來說就是集氣放大絕招的概念。UCNPs 可以透過吸收低能量光子來釋放高能量光子，不同於光激發螢光是一個光子進一個光子出，且出的能量一定比入的少，上轉換可以一次蒐集兩個光子，並發出一個能量比兩個入射光都大的光子。本團隊利用動畫模擬方式，對於集氣放大絕招運作方式進行說明，使國高中生能明白上轉換示米粒子的運作原理。

本教案團隊開發了互動式具象化教具來實現所有作用機制，加強學生對此精準藥物的整理概念。首先藥物裝載在方型光籠之中。在照射光後，由於表面光感應器，使方型光籠打開。然後可由籠中取出藥物，針對細胞位置進行投擲，唯有癌細胞位置才能黏附藥物，其餘則無法，達到精準治療的目的

方型光籠在紅外光的照射下(左圖)，表面的光感應接收器，使方型光籠打開(右圖)，釋放內部藥物的示意圖。

藥物可以針對癌細胞進行附著釋放，達到精準醫療的目的。底板示意為正常細胞，紅色區域示意為癌細胞，球則代表藥物。

上轉換與光激發螢光的不同關鍵是待在激發態的時間長短，如果電子在激發態1待不了多久，就會在下一個光子到達前就回到基態並釋放光子，為光激發螢光；相反的，電子在激發態1待得夠久，就有機會吸收第二個光子，升到激發態2去，再一次釋放高能量光子，即為上轉換。

一. 上轉換奈米粒子作為藥物遞送載體

利用上轉換奈米顆粒作為近紅外光觸發的定位和藥物遞送載體，成功地實現在體外和體內用近紅外光控靶向抗癌藥物阿黴素，阿黴素在UCNPs的表面上被硫醇化，形成二硫鍵，可被細胞內的溶酶體酶裂解。以UNCPs作為藥物載體可以改善選擇性靶向和減少化療帶來的不良副作用。進一步藉由光進行氧化反應達到癌細胞辨視功能。

二. 光籠提高光靶向選擇性

利用葉酸與癌細胞上的葉酸受體來標靶癌細胞。然而在正常的腎細胞中也有葉酸受體的存在，抗癌藥物可能因此誤傷正常細胞，所以為了提高光靶向選擇性，此研究利用光籠將葉酸像蓋子般蓋住，並裝載在UCNPs的粒子上，直到到達癌細胞位置再將光籠打開，以進行精準治療。作法如下：將葉酸分子利用2-硝基苯甲基胺(光籠分子)包覆以保護奈米藥物被其它細胞吞噬。在980 nm近紅外光照射下，奈米材料進行二次電子躍升，釋放出360 nm波長能量(高能量)，進一步將2-硝基苯甲基胺氧化成2-硝基苯甲醛分子離開葉酸分子，使葉酸露出達到精準辨視癌細胞。