我们报告了一种级联x射线能量转换方法，用于开发用于癌症治疗的有机放射余辉纳米探针（RANPs）。ranp包括一个无线电波吸收剂，它将x射线能量向下转换以发射辐射发光，辐射发光被转移到辐射敏化剂中产生单线态氧（¹O₂）。O₂随后与放射性余辉底物发生反应，生成一种活性中间体，该中间体同时分解释放出放射性余辉。通过微调这种级联、粒子内辐射发光能量转移和¹O₂转移过程，RANPs具有可调谐的波长和较长的半衰期，并在高达15厘米的组织深度产生无线电余辉和¹O₂。我们开发了一种生物标志物可激活的纳米探针（tRANP），它能产生肿瘤特异性的放射余光信号，从而实现超灵敏的检测，并在比无机材料低20倍的x射线剂量下手术切除小肿瘤。tRANP的有效放射动力学¹O₂生成允许在低于临床放疗的x射线剂量和比大多数现有无机药物低一到两个数量级的药物剂量下完全根除肿瘤，从而延长生存率并最小化与辐射相关的不良反应。