基于磁性纳米材料的肿瘤磁热疗研究进展

磁热疗是一种新型的肿瘤物理治疗方法,是肿瘤纳米医学范畴的重要研究内容之一,相对于传统的肿瘤热疗,具有低毒、可控等优势,已被证明其在临床肿瘤治疗中具有巨大应用潜力.然而当前纳米氧化铁热疗剂磁热转换效率低、纳米靶向递送效率不足,以及磁场发生设备的限制等问题,严重制约了肿瘤治疗效果.随着纳米材料合成技术的快速发展以及人们对于磁性纳米材料生物学效应的深入理解,以四氧化三铁为代表的磁性纳米材料作为可介导外场的新型智能材料在肿瘤磁热疗应用方面取得了长足的发展.鉴于此,本文围绕如何提高肿瘤磁热疗效,从磁性纳米材料的产热机制、优化磁热剂转换效率、提高磁纳米制剂的肿瘤靶向性、肿瘤磁热疗应用以及磁场发生设备等方面展开讨论,综述了基于磁性纳米材料的肿瘤磁热疗最新研究进展.     

封面说明

正随着磁材料的不断发展,在外科领域利用磁性装置进行技术创新和革新越来越多,其中某些技术显示出极大的优越性和颠覆性,有大幅优化并部分取代传统技术的趋势.磁材料的改良、磁性装置在外科领域的广泛应用推动了外科技术的发展,逐渐形成了一个新的学科萌芽——磁     

磁外科学体系的探索与建立

21世纪外科学领域利用磁性装置进行技术创新和革新的报道越来越多,其中某些技术显示出极大的优越性和颠覆性,有取代传统技术的趋势.主要体现在两个方面:一方面,部分先进的磁外科创新技术可极大地简化现有手术操作过程、降低操作难度、缩短操作时间、提高治疗效果;另一方面借助先进的磁外科技术,对一些临床疾病的治疗模式和观念产生了颠覆性的改变.然而,就目前世界各地的相关研究现状来看,存在着很多关键共性瓶颈问题,比如:基础研究薄弱,核心关键问题未能系统突破,理工科先进技术交叉、渗透、融合不充分,科学概念及临床应用规范未建立等.我国医学界虽然涉足磁外科技术开发领域较晚,但却在磁外科方面进行了相对系统化的研究,产生了一系列国际首创技术,尤其是在理论创新和学科化建设方面走在了世界前列,承担起了世界磁外科领跑者的角色.本文以创建国际磁外科体系为主线,评述磁外科发展现状和基础;对磁外科发展阶段进行科学划分;明确提出了磁外科临床应用五大体系并建立相应的概念;提出通过跨学科交叉整合的方法来创建磁外科学体系.以求夯实磁外科基础研究、建立磁外科理论体系、规范磁外科临床研究、强化磁性材料、生物力学和临床诊疗技术深度交叉融合,凝聚稀土金属材料专家、生物力学专家和临床医生的智慧,全面建立磁外科学理论体系并开展临床应用研究,从而促进磁外科快速科学发展,造福人类健康.     

表面化学修饰调控无机二维纳米材料的磁性及其应用

无机固体材料中的电子自旋态是决定其磁学行为的核心因素,同时也是实现高效磁能转化和灵敏磁响应的重要基础.近年来,由于具有新奇自旋结构和维度降低带来的新奇量子态,二维纳米材料,特别是单层和寡层无机二维材料,其磁学性能引起了广泛研究,极有希望应用于下一代自旋电子器件中.二维纳米材料具有极高比表面积使得表面态非常重要,因而化学修饰策略能应用于调制其本征物性.本文概述了近年来发展的利用表面化学修饰对无机二维纳米材料本征磁性调控的系列进展,并基于此将该类材料广泛应用于磁电阻、磁热效应等.     

等离子激元纳米颗粒组装及其生物应用

近年来,通过自组装技术能够可控地将单个纳米颗粒组装成一维、二维或三维空间构象的新型复合材料.相对于单独的纳米颗粒,纳米颗粒组装材料可表现出许多新颖或优异的物理性质,具有巨大的应用前景,因此在纳米材料领域越来越受到关注并快速发展.尤其是贵金属纳米颗粒组装体具有独特的等离子激元光学性质,在生物传感、成像和治疗等方面具有广阔的应用前景.本文回顾了近年来通过分子介导方法对纳米颗粒进行组装及其生物应用的最新研究进展,重点介绍了几种分子介导的纳米颗粒组装技术,以及纳米颗粒组装体的生物医学应用,并展望了其发展前景.     

磁性氧化铁纳米粒子的研究进展

随着纳米科学的不断发展, 人们对纳米材料的性能提出了越来越高的要求. 磁性纳米粒子由于其特殊的超顺磁性, 因而在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面具有广阔的应用前景[1,2]. 氧化铁(包括α-Fe2O3, γ-Fe2O3, Fe3O4)作为一种磁性原料, 无论在工业生产还是科学研究中都备受瞩目, 将磁性氧化铁制备成具有特殊性能的纳米颗粒已引起了科研人员的极大兴趣及广泛关注. 近年来, 被广泛应用于制备磁性氧化铁纳米粒子及其复合材料的基本方法有溶胶-凝胶法[3](sol-gel法)、强迫水解法[4…     

磁小体蛋白介导磁性纳米颗粒仿生合成

趋磁细菌磁小体是由生物膜包裹且呈链状排列的磁性纳米颗粒,磁小体通过生物矿化形成的磁性纳米颗粒具有规则的形状、均一的粒径及较高的结晶度,引起了研究者的广泛关注.磁小体膜由磷脂和脂肪酸组成,磁小体膜脂质囊泡实际上是一个控制磁性纳米颗粒精确合成的纳米反应器.磁小体膜内的一系列生物矿化蛋白控制着铁的转运、铁的氧化还原、磁性纳米颗粒的形核以及生长.目前,磁小体生物矿化的具体机制尚未明确且磁小体难以实现规模化生产,因此引发了人们对仿生合成磁小体的研究.体内研究显示,磁小体蛋白如Mms6、MamC、MmsF、MamG和MamD对磁小体的尺寸和形貌具有重要的调控作用,被认定为用于仿生合成磁小体的最好候选蛋白.一些工作已经对源于趋磁细菌的Mms6、MamC、MmsF等重组蛋白介导的磁性纳米颗粒的仿生合成进行了研究.这些研究不仅能够帮助我们更好地理解磁小体的生物矿化过程,而且能够制备出高质量的类磁小体磁性纳米颗粒.本文重点综述了几种重要的磁小体蛋白在介导磁性纳米颗粒仿生合成方面的研究进展,并对其未来发展进行了展望.     

磁吻合技术及应用

磁外科(磁外科学)作为一门新兴的技术型学科,以其广泛的应用前景得到了全世界众多研究者的关注.磁外科技术按照其应用方式和原理的不同分为以下5大类:磁压榨技术、磁导航技术、磁锚定技术、磁悬浮技术以及磁示踪技术.其中,磁压榨技术利用磁力的特殊性质来完成临床上某些特定的操作,如脏器的连接再通、组织的压榨闭合、管腔内容物的限流等.磁吻合技术作为磁压榨技术的重要分支,其本质是利用磁力代替缝线和钛钉的牵拉力来完成组织管腔吻合或再通的技术.目前,磁吻合在临床中主要应用于以下3个领域:消化道管腔吻合、消化道闭塞/狭窄的再通以及血管吻合.磁力消化道管腔可应用于不同消化道管腔之间的吻合,将消化道管腔吻合由传统的"贯穿式"吻合转变成"非贯穿"吻合,极大地简化了操作,降低了术后并发症.针对消化道管腔闭塞/狭窄疾病,磁吻合技术为此类疾病提供了一种新的治疗策略,无需通过开腹或者开胸便可完成管腔的再通,极大地减轻了病人的创伤以及手术相关并发症的发生,甚至可以为某些传统方法无法治疗的疾病提供解决方案.除此之外,磁吻合技术还可应用于血管的端-端、端-侧以及侧-侧吻合,吻合过程操作简便,可在极短的时间内完成器官血流的重建,缩短了靶器官的缺血或瘀血时间,使得术后并发症显著减少,该技术已在冠脉搭桥、门腔分流以及器官移植等手术中成功应用.磁性装置的表面改性处理以及外形设计是磁吻合技术在临床应用的两大关键问题.磁性装置的表面改性方案主要取决于其在生物体内停留的时间,而磁性装置的外形设计主要取决于拟吻合管腔局部的解剖因素和磁体导入途径以及吻合所需要的磁力大小.鉴于磁吻合技术在管腔吻合以及管腔闭塞疏通中的巨大应用潜质,未来磁吻合技术将在为其他腔道(输尿管、尿道等)吻合或疏通方面提供新的治疗策略.     

磁外科技术在创伤领域的应用研究及展望

随着磁力和磁性材料的迅速发展及其在医学中的应用,外科领域产生了一个崭新的分支——磁外科.磁外科包括磁压榨、磁锚定、磁导航、磁示踪、磁悬浮等多项技术,在创伤救治领域中显示出极大优势.本文详细阐述磁相关技术的原理及优势,综述磁力和磁性材料在消化道重建、创伤后压迫止血、血管快速重建、骨折内固定等创伤治疗领域的研究现状和优缺点,并介绍磁外科技术在创伤领域的应用前景.     

磁外科技术在泌尿、妇产科中的应用进展

磁外科(磁外科学)是近年来建立的交叉性学科,经过不断革新与发展,现已初步形成磁外科学体系,主要包括磁压榨、磁锚定、磁导航、磁悬浮、磁示踪技术.特别是在消化道疾病诊疗和手术中,磁外科技术的应用高速发展,日趋成熟.泌尿、妇产科也在自身发展过程中不断吸收和融合磁压榨、磁锚定及磁导航技术原理,在创新诊疗方式、设计医疗器械、改进医疗操作等方面进行了一些探索,使得泌尿科及妇产科诊疗更为便捷、微创、精准、安全.但总体而言,磁技术在泌尿、妇产科的应用范围比较局限,基础研究薄弱,临床数据匮乏,发展进程较缓,至今在磁悬浮和磁示踪技术方面仍是空白.基于此,本文总结磁外科技术在泌尿、妇产科中的发展现状和应用进展,为临床和基础创新提供方向,以进一步融合、完善学科体系,促进磁外科与泌尿、妇产科的交互式发展.     

磁外科器械结构规划原则及相关思考

自20世纪70年代第一个磁外科器械出现以来,在随后的近50年里,磁外科器械取得了巨大的发展,解决了一系列复杂的临床问题,进一步优化了传统手术方式. Levita和LINX等具有代表性的磁外科器械相关成果发表于行业顶尖期刊,在外科学界及理工科学界产生了深远的影响.经各行业专家总结相关理论和应用体系,逐渐形成了一门学科——磁外科学,这是外科学的一个重要分支.近年来,在磁外科(磁外科)理论体系的指导下,磁外科更是取得了蓬勃的发展,各种极具创新性的磁外科器械层出不穷.但不容忽视的是,磁外科发展将会不断遇到重重阻碍.由于磁外科是一门交叉学科,需要外科学与理工科学进行深度融合.在此过程中,难免因为双方信息不匹配而延误磁外科的发展,最为代表性的问题便是如何对磁性器械进行合理、有效的结构规划这一磁外科最基本的问题.因此,本文将对磁外科器械结构规划的原则展开讨论,总结过去磁外科器械结构规划中所遇到的问题,并提出解决相应问题的潜在方法.     

医药磁性氧化铁纳米材料的研究和发展

以氧化铁纳米颗粒为代表的医药磁性纳米材料,近年来在医学健康领域得到越来越多的重视.作为唯一得到食品药品监督管理局(FDA)批准,可临床使用的无机功能纳米材料,氧化铁纳米颗粒在纳米生物医学的研究和应用中发挥着至关重要的作用.本文将聚焦于氧化铁纳米颗粒等医药磁性纳米材料,主要基于本实验室的相关研究工作,介绍该领域的研究和发展.主要从如下几个方面进行论述:医药磁性氧化铁纳米材料的制备、医药磁性氧化铁纳米材料的磁学性质、医药磁性氧化铁纳米材料的生物效应、医药磁性氧化铁纳米材料的组装和性质调控以及医药磁性纳米材料及技术的发展趋势.     

天然磁靶向纳米药物载体磁小体研究进展

磁小体是一类存在于趋磁细菌体内,表面由脂质双分子层包裹,对磁场具有敏感性的纳米级单磁畴晶体.凭借其良好的生物相容性及表面可修饰等显著优势,可作为一种新型的天然磁性纳米载体应用于多种生物活性物质的固定负载,在靶向治疗方面有着广阔的应用前景.本文主要介绍了天然磁小体的来源及较人造磁性纳米颗粒的结构优势,概括了磁小体用作药物靶向载体的最新研究进展,并在此基础上探讨了磁小体载药研究中存在的问题及其发展前景.     

单相多铁性材料——极化和磁性序参量的耦合与调控

单相多铁性材料是指同时表现出铁电性和磁性的单相化合物, 最近的研究还拓展到具有铁性磁涡旋的体系. 一方面, 多铁性材料同时具有铁电性和磁性; 更为重要的是, 铁电性与磁性之间存在磁电耦合效应, 从而可能实现铁电性和磁性的相互调控. 因此, 多铁性材料是一种新型多功能材料, 在自旋电子学和其他领域有着广阔的应用前景. 从凝聚态物理角度看, 多铁性现象本身也对铁电学、磁学和强关联电子物理提出了很多基本问题和挑战, 成为量子调控研究的一个热点领域. 多铁性物理在最近几年开始复兴, 并取得了很大进展. 综述了多铁性物理这一领域的研究现状和存在的主要问题. 首先, 简单介绍多铁性与磁电耦合效应的概念以及它们之间的联系, 重点阐述实现多铁性的困难, 亦即铁电性和磁性的互斥性. 其次, 详细介绍了单相体系中实现铁电性与磁性共存的一些可能物理机制, 其中重点介绍两个新的物理机制: (ⅰ)非共线螺旋状磁结构引起的铁电性和(ⅱ)电荷有序相导致的铁电性. 这两类系统中磁性和铁电性之间在量子层次上存在很强的耦合和互相调控效应. 随后, 叙述了多铁性系统中存在的元激发—— 电磁振子, 以及铁性磁涡旋效应. 最后, 指出了多铁性材料可能的应用以及尚未解决的问题.     

石墨烯导电墨水研究进展:制备方法、印刷技术及应用

传统印刷技术与微电子制造的交叉技术——印刷电子技术的发展得益于微纳米材料制备技术的成熟.二维纳米碳材料石墨烯由于其独特的结构和突出的性能,可与传统金属或高聚物材料共同作为导电墨水主要导电组分.本文讨论了目前石墨烯导电墨水制备中的关键问题、不同制备方案及其优劣之处;评述了石墨烯导电墨水印刷工艺的研究进展,包括传统印刷技术和新型印刷技术中的应用与难点.最后,总结了石墨烯导电墨水在柔性功能器件(基本电路元件、能量存储和力学/化学传感器件等)中的应用现状.     

无机纳米材料的生物催化活性

目前,无机纳米材料模拟生物酶催化活性的报道得到了纳米技术领域的广泛重视,模拟葡萄糖氧化酶的纳米金和过氧化物酶的磁性纳米颗粒就是其中的典型代表.与常规的生物酶相比,无机纳米颗粒稳定性较强,受酸碱、温度等因素的影响较小;而且易于制备和纯化,生产成本低,容易被标记和修饰,具有广泛的研究和应用前景.此外,由于无机纳米材料低毒、生物相容性好的特点,这些纳米颗粒还有望在生命体的生理代谢过程中发挥重要的作用.相关的研究已经证明了无机纳米材料的酶学性质,并在催化机理层面进行了初步的探讨.本文综述了无机纳米材料在生物酶催化活性方面的研究进展与应用前景,希望能够为此类纳米材料更加科学合理地运用于生物催化领域提供参考.     

α-Fe_2O_3超微粒Morin转变温度的变化

超微粒的磁性明显不同于大晶粒材料,其独特的性质和在众多领域中的应用受到人们的普遍重视。由于尺寸效应,磁有序材料的超微粒不仅具有超顺磁性和集体磁激发现象,其磁转变温度也不同于相同材料的大块样品而受颗粒尺寸的影响。研究超微粒的各种性质及其机制对于理论和     

纳米材料的特异效应及其应用

纳米材料是一类具有重要理论价值和广阔应用前景的新型功能材料,被誉为21世纪最有前途的材料.本文阐述了这类材料的基本结构、特异效应、应用现状以及目前的研究进展.     

结构缺陷对超微晶软磁合金磁性的影响

非晶合金以Fe_(73.5)Cu Nb_3Si_(13.5)B_9为代表,在晶化温度以上退火,可以形成晶粒直径约为10nm的αFe-Si晶相及剩余非晶相组成的一种新型双相复合纳米材料(称为Finemet).这种纳米材料具有极高的初始磁导率(μ_i可达10~5以上),低的矫顽力(H_c可小于0.32A/m)和优良的高频磁性,目前已为许多磁学和材料工作者所注目.对其具有优良软磁性能的解释一般认为有两个:一是退火以后具有很低的磁致伸缩系数,二是由于晶化后αFe-Si晶粒十分细小,有效磁晶各向异性被平均化而减小,Herzer把非晶合金的无规各向异性模型运用于     

二氧化钛在癌症动力学治疗中的“取长补短”

癌症是严重威胁人类健康的疾病之一,是当前人类所面临的重要医学挑战.基于活性氧机制的癌症治疗手段是目前研究的热点.作为最典型的半导体材料之一,二氧化钛(TiO_2)具有独特的催化性能、优异的化学稳定性和较低的生物毒性,使得TiO_2在癌症动力学治疗中的应用受到广泛的关注.然而,单一TiO_2纳米材料具有其固有的缺点,如只能被高能射线激发、量子效率低、体内分散性较差等,使得TiO_2在癌症动力学治疗中的效果不佳.本文从TiO_2纳米材料在不同动力学癌症治疗手段中的不足出发,综述了功能基的复合对TiO_2纳米材料进行改善的不同策略及其在光动力治疗、声动力治疗、放射动力治疗、微波动力治疗等基于活性氧疗法的癌症治疗方面的应用,同时对TiO_2在癌症纳米医学领域的应用进行了展望.