磁共振弹性图中压电陶瓷驱动的横波成像

磁共振弹性图成像(magnetic resonance elastography, MRE)是一种测量生物组织弹性模量的非侵害性技术. MRE技术除了需要磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)系统以外, 一个不可缺少的硬件是激发组织内部产生横波的机械振动器. 本研究开发一种新型的和磁共振成像系统电磁兼容的机械振动器. 该振动器由压电陶瓷驱动. 振动器和琼脂糖制成的仿体一同放入头线圈中, 送入磁共振成像系统的磁体腔中, 振动器和波动成像序列同步工作, 对横波进行磁共振成像. 波动成像序列由FLASH (fast low angle shot)序列修改而成, 是一种对运动敏感的相位对比度序列. 在实验过程中考察了仿体硬度、振动器频率、运动敏感梯度参数以及病床振动对波动图像的影响.     

超声、磁共振多功能微气泡造影剂的制备和应用

随着包膜微气泡材料和制备技术的发展, 微气泡超声造影剂不仅用于超声成像诊断, 而且在分子成像、药物传输及靶向治疗等多个领域得到广泛的研究与应用. 实验制备了膜壳装载Fe₃O₄纳米颗粒、中心包裹氮气的聚合物微气泡造影剂, 体外超声成像(US)显影实验发现该微气泡具有良好的超声图像增强作用. 利用包膜微气泡在超声场作用下的振动模型研究其动力学行为发现, 膜壳中包裹的Fe₃O₄纳米颗粒在一定浓度范围内能增加微气泡的膜壳散射截面, 增强超声波的背向散射强度, 从而显著增强超声图像的显影效果; 当超过一定Fe₃O₄纳米颗粒浓度则会导致微气泡膜壳散射截面减小, 从而降低超声图像增强效果. 另一方面体外磁共振成像(MRI)显影实验证明, 随着膜壳中Fe₃O₄纳米颗粒含量的增加, MRI增强效果亦增加. 因此为了制备US和MRI双重显影增强的微气泡造影剂, 控制磁性纳米颗粒在微气泡膜壳中的包裹量十分重要.     

影像学家族新成员——磁共振(MRI)

磁共振成像(MRI)是影像学家族中的一个最新成员。它可以提供人体任意部位、任意方向的断层图像,没有电离辐射损害,空气和骨骼不会对图像造成伪影,可以说是影像诊断技术某些领域中的“大哥大”。但因其价格昂贵,成像原理复杂,即使从事多年放射专业的人亦较难理解。 简单地说,完成磁共振成像有三个步骤:1.把人体放入磁场,使人体磁化;2.发射合适频率的无线电波,使人体内磁化的氢质子产生共振;3.关闭无线电波,人体发出信号并被采集,重建图像。     

干细胞的磁性标记研究进展

干细胞在组织修复与再生医学中具有广阔的前景,但是干细胞体内移植后分布、活性、分化方向、作用机制等认知的缺乏成为制约干细胞治疗发展的主要瓶颈,因此,干细胞体内示踪技术的发展对于解决上述问题将起到至关重要的作用.目前利用磁性物质对干细胞进行标记后,结合磁共振成像技术(magnetic resonance imaging,MRI)可以实现体外无创、安全、持续、动态的示踪观察,示踪的效果取决于细胞内所携带磁性物质的含量、不同的磁性标记方式、细胞活性的维持.本文将对干细胞磁性标记的不同方式、磁性物质的胞内代谢及对干细胞的影响等研究进展进行系统综述,并结合现有的标记技术对如何提高干细胞磁性标记效率进行展望.     

不同尺寸二氧化硅纳米颗粒体内分布与代谢研究

基于二氧化硅荧光纳米颗粒(FSiNP)的荧光信号同步指示功能, 通过实时、原位活体荧光成像技术, 并结合离体器官成像、组织切片成像以及尿液荧光成像等方法, 系统地研究了不同尺寸二氧化硅荧光纳米颗粒在裸鼠活体内的分布与代谢. 活体成像结果表明纳米颗粒尺寸越小, 血液循环时间越长, 全身分布情况越明显, 随着时间的延长纳米颗粒逐渐聚集到肝脏、膀胱等部位; 通过离体器官成像和组织切片成像进一步证实了活体成像所观察到的结果. 同时, 肾脏组织切片以及尿液成像结果显示, 颗粒越小越容易通过泌尿系统排出体外. 研究结果为今后开展不同尺寸纳米颗粒材料在活体内的应用研究打下基础.     

马脾铁蛋白磁性纳米颗粒的低温磁学性质研究

系统地认识铁蛋白内核磁性纳米颗粒的磁学性质, 对于建立和完善以铁蛋白为基础的磁共振成像技术以及环境磁学研究具有重要意义. 马脾铁蛋白具有反铁磁性的纳米内核. 结合透射电子显微镜和低温磁学测量技术, 研究马脾铁蛋白内核的磁学性质与温度、外加磁场大小、内核粒度以及观测频率之间的关系. 在5 K 下, 等温剩磁获得曲线(IRM)和直流退磁曲线 (DCD)的交点(R=0.46)表明铁蛋白颗粒间具有很弱的静磁相互作用. 磁滞回线、磁化率和剩磁结果都一致地表明, 室温条件下铁蛋白纳米颗粒表现为超顺磁性, 在低于其阻挡温度T_b(~12 K) 时, 由于纳米颗粒表面出现未补偿自旋磁矩或者由于内部晶格缺陷而产生未补偿磁矩, 铁蛋白会呈现出寄生铁磁性和反铁磁性两种特征, 因而具有载磁能力和磁滞现象, 出现稳定单畴(SD) 的性质. 超顺磁性铁蛋白的热弛豫过程遵循Néel-Arrhenius 方程, 通过频率(AC)磁化率计算获得马脾铁蛋白颗粒的平均有效能垒E_a 为(5.52±0.16)×10⁻²¹ J; 磁各向异性能常数K_eff 为 (4.65±0.14)×10⁴ J/m³; 前指数频率因子f₀ 为(4.52±2.93)×10¹¹ Hz. 这些新结果对于深入理解纳米尺度的反铁磁性颗粒的磁性机制以及在医学上的潜在应用都具有重要意义.     

叶酸-磁性淀粉纳米颗粒的研制及其肿瘤靶向磁热疗效应分析

采用反相微乳液法制备了包裹磁流体的淀粉纳米颗粒(StNP@Fe₂O₃), 再经叶酸活性物质(FA-PEG-NH2)修饰, 得到叶酸-磁性淀粉纳米颗粒(FA-StNP@Fe₂O₃),透射电子显微镜和激光粒度分析仪检测显示, 所得颗粒的平均粒径约为250 nm;邻菲罗啉法检测FA-StNP@Fe2O3的含铁量为2 mg/g. FA-StNP@Fe₂O₃纳米颗粒在交变磁场下作用30 min, 可使环境温度(37℃)升高到42～43℃, 显示其具有一定的磁热效应. 将纳米颗粒分别与HUEC-12正常细胞和Hela肿瘤细胞共培养, 经交变磁场作用后, 通过四甲基偶氮唑盐比色法(MTT)实验、Hochest-PI双染色分析、流式细胞仪技术检测了纳米颗粒在细胞水平的生物学效应, 结果表明, FA-StNP@Fe₂O₃纳米颗粒在未加磁场时, 在一定浓度范围内对细胞的增殖无明显影响; 而在一定交变磁场强度作用下则能有效地诱导HeLa细胞凋亡, 细胞凋亡率为13.4%, 普鲁士蓝染色实验显示, 叶酸修饰有助于FA-StNP@Fe₂O₃纳米颗粒靶向识别HeLa细胞. 研究表明, FA-StNP@Fe₂O₃纳米颗粒具有良好的肿瘤靶向磁热治疗效果, 可望应用于肿瘤的靶向治疗.     

磁流体Co-硅油的微观结构

为了揭示磁流体内部微观结构的变化,特别是磁性纳米颗粒的链状排列的细节,本文对一种组分为Ｃｏ＿硅油的磁流体试样进行了光学和电子显微分析.在外加磁场和表面张力作用下,当磁流体的磁化强度达到或超过饱和状态时,磁流体的自由表面呈现许多宏观分离的立体锥状液柱形貌,这种现象与磁粉在磁铁作用下极为相似[1～4].在磁流体中,磁性颗粒由于被稳定剂改性,已与载液胶溶为一体.因而磁性颗粒在磁场作用下使磁流体液柱升高.此时磁流体的磁能降低,而表面能增大[1,4].将磁流体薄层放置在一磁场中,通过光学显微镜观察还可得到各种不同的表面扰动形貌,…     

强磁场中射频溅射沉积Fe-Si-O薄膜的结构及磁性

研究了强磁场对射频溅射沉积Fe-Si-O薄膜的微结构和磁性能的影响. 在O2流量比小于1.0%、外加磁场低于1.0 T的溅射条件下, 得到了中孔型、相分离型和混合型3种典型的样品宏观形貌, 表明强磁场不但影响等离子体的分布而且影响溅射原子的角分布. 在O2流量比大于2.0%,外加磁场高于2.0 T的条件下制备的Fe-Si-O薄膜中, 经X射线衍射分析发现了强(110)取向的Fe3O4相；磁性测量发现垂直膜面方向上的剩磁和矫顽力大于平行膜面情况. 这些结果表明在薄膜沉积过程中, 强磁场不但使磁性薄膜取向, 而且在膜中诱导出了显著的垂直磁各向异性.     

强磁场条件下材料制备及其研究进展

强磁场极端条件下材料制备是当前国际上的研究热点. 全面介绍了稳态强磁场应用于材料制备过程的研究进展, 包括超导、磁性、金属以及纳米等新型材料, 并从强磁场作用下产生的磁化力角度重点讨论了其影响各种新型材料制备过程的机理. 最后, 对强磁场材料科学的研究趋势进行了展望.     

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.     

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.     

拓扑绝缘体与量子反常霍尔效应

量子霍尔效应是一种可以在宏观尺度出现的量子现象,由二维电子系统在强磁场下所具有的独特拓扑性质所引起.长期以来人们一直希望能够实现不需外磁场的量子霍尔效应,以便将其应用于低能耗电学器件.磁性拓扑绝缘体薄膜可能具有的量子化的反常霍尔效应即是一种可以在零磁场下出现的量子霍尔效应.本文介绍了拓扑绝缘体和量子反常霍尔效应的概念发展及量子反常霍尔效应如何在磁性掺杂拓扑绝缘体中实验实现,并探讨了量子反常霍尔效应在低能耗器件方面的应用前景.     

基于纳米分子影像探针的癌症微创介入诊疗导航技术

癌症微创介入治疗具有不开腹、创伤小、术后恢复快等诸多优势,是医学发展的趋势与研究热点.分子影像导航为癌症微创介入治疗的发展提供了契机;而肿瘤特异性分子探针是分子影像手术导航的核心.与小分子探针相比,纳米探针不仅具有更长的成像时间,而且具有优异的信号放大和载药功能.因此,高灵敏、高特异性的纳米探针是分子影像手术导航的发展方向.为实现癌症诊疗的"精确、高效、微创"的目标,围绕肿瘤边界识别和淋巴结转移判断这个关键科学问题,拟解决3个关键技术:(1)实现纳米探针在肿瘤部位的有效富集;(2)增加纳米探针对肿瘤细胞的敏感性;(3)发展与纳米探针匹配的高精度成像方法.纳米分子影像探针不仅可用于成像和诊断,而且在介入治疗方面可能有更大的潜在价值.尤其重要的是,纳米探针将促进高端荧光共聚焦内镜、分子影像导航系统和微创介入治疗系统的研制和推广应用,从而加速我国在重大医疗设备关键技术上的突破.     

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.     

彼得·曼斯菲尔德(1933-2017)

<正>彼得·曼斯菲尔德发明了革命性的医疗技术——磁共振成像技术(MRI)。英国著名物理学家彼得·曼斯菲尔德在1972年的发现推动了磁共振成像技术(MRI)的发展,造福了数以百万计的人。曼斯菲尔德是一位受过传统训练的物理学家,他意识到可以利用核磁共振(NMR)技术获得活体组织的横截面影像。他开发的安全、无侵袭技术可以对组织切片的软组织和器官清晰成像,革新了医疗诊断,改变了人脑的研究。仰赖这项工     

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.     

稳态磁场对真核生物细胞骨架的影响

细胞骨架是一种重要的细胞器,主要包括微管、微丝和中间纤维,在维持细胞形态、调控胞内物质运输、调节细胞分裂和细胞迁移等方面起着重要的作用,参与生殖发育和肿瘤发生等多个生理和病理过程,是细胞生物学以及肿瘤生物学领域的重要研究对象.从二十世纪七八十年代起,关于稳态磁场对真核生物细胞骨架影响的研究在理论解释和实验观测方面都取得了一系列进展.在理论解释方面,研究者不仅计算了肽键的微弱抗磁各向异性,而且进一步计算了微管多聚体较强的抗磁各向异性.在实验观测方面,研究者发现不仅体外纯化的微管或微丝能够沿着强磁场方向排列,并且细胞内由微管或微丝构成的相关结构也会受到稳态磁场的影响,例如纺锤体、精子和草履虫纤毛等.相比之下,磁场对中间纤维的影响研究较少.随着高场磁共振成像(magneticresonanceimaging,MRI)的研发与应用,以及稳态磁场在肿瘤治疗领域的潜在应用的逐步开发,进一步研究不同参数稳态磁场与体内细胞骨架之间的关系对研究和解释磁场对肿瘤发生和生殖发育等的影响至关重要.     

MRI:获奖及其风波

2003年诺贝尔生理学或医学奖授予两位物理学家--美国的劳特布(P.C.Lauterbur)和英国的曼斯菲尔德(P.Mansfield),以表彰他们"在磁共振成像(MRI)方面的发现"."磁共振"是"核磁共振"(NMR)的简称,MRI成像技术作为一种重要的医学诊断手段,在医院里已经相当普及.     

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.