将医学诊断和治疗以“相辅相成”的方式合二为一，实现诊疗一体化（theranostics），成为提高疾病防控的重要手段。为了实现这一目标，诊疗试剂的设计和制备是关键。常用的构筑方式是将不同功能的分子连接或者混合起来。由于这些组分化学本质的不同，化学结构往往相差很大，设计和合成无疑会耗费大量的时间与精力，其应用条件（如剂量）的兼容性难以得到保证。因此，能否通过简单的化学手段，合成结构相似但功能不同的分子，实现“一体化”与“多功能”的兼容，成为诊疗试剂设计的新思路。

针对这一问题，北京大学化学与分子工程学院张俊龙课题组进行了较为深入的研究，通过配体区域异构，对配体激发态到稀土的能量传递过程进行精准控制，在顺/反式稀土异构体中，分别实现近红外光学成像和光动力治疗功能。近期，他们与美国德州大学奥斯汀分校的Jonathan L.Sessler教授深入讨论、交流后，提出“异构赋能”的新概念，并在活体中验证了两个异构体在检测与治疗中的功能裂分。研究成果发表在Journalof the American Chemical Society（Split and Use: Structural Isomers for Diagnosis and Therapy，Yingying Ning, Yi-Wei Liu, Zi-Shu Yang，Yuhang Yao，Lei Kang，Jonathan L. Sessler*，Jun-Long Zhang*, J. Am. Chem. Soc.2020, 142, 6761-6768）。
该研究利用卟啉的芳香性调控激发态的区域异构效应，通过β位[3+2]环加成反应，合成了结构相似，但三线态能级有较大差异的卟吩二酯异构体，成功地改变对稀土（镱）的传能途径，有效调控了顺/反式稀土配合物的电子结构与光物理性质。在随后的细胞与小鼠实验中，作者展示了顺式异构体的近红外成像能力和反式异构体的光动力治疗功能，并在活体（小鼠）进行了诊疗一体化的概念性验证。该研究工作首次将“区域异构效应”这一精准调控分子（金属）电子结构和激发态的手段应用于稀土化学生物学，为稀土“异构赋能”分子的设计和应用提供新思路。

区域异构调控配体到激发态能量传递途径与功能
张俊龙和Jonathan Sessler为本文共同通讯作者。宁莹莹博士和2014级本科生刘一苇为并列第一作者。合作者还包括北京大学第一医院核医学科康磊副教授。该研究得到了国家自然科学基金委员会、科技部以及北京分子科学国家研究中心的经费支持。