The common existence of hypoxia in solid tumors has been heavily researched because it renders tumors more resistant to most standard therapeutic methods, such as radiotherapy (RT), chemotherapy, and photodynamic therapy (PDT), and is associated with a more malignant phenotype and poor survival in patients with tumors. The development of hypoxia modulation methods for advanced therapeutic activity is therefore of great interest but remains a considerable challenge. Since the significant development of nanotechnology and nanomedicine, functionalized nanomaterials can be exploited as adjuvant "drugs" for these oxygen-dependent standard therapies or as hypoxia initiators for advanced new therapies to solid tumors. In this Account, we summarize our recent studies on the design and synthesis of nanomaterials with a set of desired chemistry benefits achievable by modulating hypoxia, suggesting a valid therapeutic option for tumors. The investigated strategies can be categorized into three groups: The first strategy is based on countering hypoxia. Considering that O2 deficiency is the major obstacle for the oxygen-dependent therapies, we initially developed methods to supply O2 by taking advantage of the hypoxia-responsive properties of nano-MnO2 or nanomaterials' photothermal effects for increased intratumoral blood flow. The second approach is to disregard hypoxia. Possible benefits of nanoagents include reducing/eliminating reliance on O2 or making O2 replacements as adjuvants to standard therapies. To this end, we investigated a nano-upconversion/scintillator with the capacity toup-/down-convert near-infrared light (NIR)/X-ray to luminescence in the ultraviolet/visible region fortype-I PDT with minimized oxygen-tension dependency or developed Fe-based nanomaterials for chemodynamic therapy (CDT) without external energy and oxygen participation for efficient free radical killing of deep tumors. The third strategy involves exploiting hypoxia. The unique biological characteristics of hypoxia are exploited to activate nanoagents for new therapies. To address the discrepancy between the nanoagents' demand and supply within the hypoxia region, a smart "molecule-nano" medicine that stays small-molecule-like in the bloodstream and turns into self-assembled nanovesicles after entry into the hypoxia region was constructed for hypoxia-adaptive photothermal therapy (PTT). In addition to traditional anti-angiogenesis therapy, we prepared Mg2Si nanoparticles by a special self-propagating high-temperature synthesis approach. These nanoparticles can directly remove the intratumoral oxygen via the oxidation reactions of Mg2Si and later efficiently block the rapid reoxygenation via tumor blood vessels by the resultant SiO2 microsheets for cancer starvation therapy. Taken together, these findings indicate that nanomaterials will assume a valuable role for anticancer exploration based on either their properties to make up oxygen deficiency or the use of hypoxia for therapeutic applications.

Abstract Due to their relatively high compatibility with specific photonic structures, strong light-matter interactions and unique nonlinear optical response, two-dimensional (2D) materials, such as graphene and transition metal dichalcogenides, are attractive for ultrafast photonics applications. Here, we fabricate MoS 2 /graphene nanocomposites by a typical hydrothermal method. In addition, we systematically investigate their nonlinear optical responses. Our experiments indicate that the combined advantages of ultrafast relaxation, a broadband response from graphene and the strong light-matter interaction from MoS 2 , can be integrated together by composition. The optical properties in terms of carrier relaxation dynamics, saturation intensity and modulation depth suggest great potential for the MoS 2 /graphene nanocomposites in photonics applications. We have further fabricated 2D nanocomposites based optical saturable absorbers and integrated them into a 1.5 μm Erbium-doped fiber laser to demonstrate Q-switched and mode-locked pulse generation. The fabrication of 2D nanocomposites assembled from different types of 2D materials, via this simple and scalable growth approach, paves the way for the formation and tuning of new 2D materials with desirable photonic properties and applications.

Abstract The limited analgesic efficiency of magnesium restricts its application in pain management. Here, we report boron hydride (BH) with ion currents rectification activity that can enhance the analgesic efficiency of magnesium without the risks of drug tolerance or addiction. We synthesize MgB 2 , comprising hexagonal boron sheets alternating with Mg 2+ . In pathological environment, Mg 2+ is exchanged by H + , forming two‐dimensional borophene‐analogue BH sheets. BH interacts with the charged cations via cation‐pi interaction, leading to dynamic modulation of sodium and potassium ion currents around neurons. Additionally, released Mg 2+ competes Ca 2+ to inhibit its influx and neuronal excitation. In vitro cultured dorsal root neurons show a remarkable increase in threshold potential from the normal −35.9 mV to −5.9 mV after the addition of MgB 2 , indicating potent analgesic effect. In three typical pain models, including CFA‐induced inflammatory pain, CINP‐ or CCI‐induced neuropathic pain, MgB 2 exhibits analgesic efficiency approximately 2.23, 3.20, and 2.0 times higher than clinical MgSO 4 , respectively, and even about 1.04, 1.66, and 1.95 times higher than morphine, respectively. The development of magnesium based intermetallic compounds holds promise in addressing the non‐opioid medical need for pain relief.

Abstract The limited analgesic efficiency of magnesium restricts its application in pain management. Here, we report boron hydride (BH) with ion currents rectification activity that can enhance the analgesic efficiency of magnesium without the risks of drug tolerance or addiction. We synthesize MgB 2 , comprising hexagonal boron sheets alternating with Mg 2+ . In pathological environment, Mg 2+ is exchanged by H + , forming two‐dimensional borophene‐analogue BH sheets. BH interacts with the charged cations via cation‐pi interaction, leading to dynamic modulation of sodium and potassium ion currents around neurons. Additionally, released Mg 2+ competes Ca 2+ to inhibit its influx and neuronal excitation. In vitro cultured dorsal root neurons show a remarkable increase in threshold potential from the normal −35.9 mV to −5.9 mV after the addition of MgB 2 , indicating potent analgesic effect. In three typical pain models, including CFA‐induced inflammatory pain, CINP‐ or CCI‐induced neuropathic pain, MgB 2 exhibits analgesic efficiency approximately 2.23, 3.20, and 2.0 times higher than clinical MgSO 4 , respectively, and even about 1.04, 1.66, and 1.95 times higher than morphine, respectively. The development of magnesium based intermetallic compounds holds promise in addressing the non‐opioid medical need for pain relief.