由于可见光穿透激发光化学过程的物理限制，在三维空间中光学诱导生物反应的能力已经相形见绌。然而，许多生物系统对低能光是相对透明的，低能光不能提供足够的能量诱导三维光化学。为了克服这一挑战，哥伦比亚大学Luis M. Campos等人开发了能够在细胞负载的三维支架内将红光或近红外（NIR）光转换为蓝光的水凝胶。

本文要点：

1）上转换光可以激发细胞中具有光学活性的蛋白质，从而触发光化学反应。水凝胶通过三重态-三重态湮灭上转换作用作为原理证明，发现水凝胶通过对已被设计为表达蓝光敏感蛋白 Cry2olig 的 HeLa 细胞进行红色/近红外照射来触发光遗传学反应。

2）在三维近红外辐射下，光诱导Cry2olig的聚集是非常显著的，同时也证明了水凝胶是如何在单个细胞内以高度特异性和时空控制触发聚集的。原则上，这些水凝胶可以在三维支架内对细胞功能进行光化学控制，这将导致大量的基础研究和生物化学应用。

参考文献：

Meir, R., et al., Photon Upconversion Hydrogels for 3D Optogenetics. Adv. Funct. Mater. 2021, 2010907.

https://doi.org/10.1002/adfm.202010907