Full-angle optical imaging of near-infrared fluorescent probes implanted in small animals

To provide a valuable experimental platform for in vivo biomedical research of small animal model with fluorescence mediated approach, we developed a whole-body near-infrared fluorescence molecular imaging system as described in this paper. This system is based on a sensitive CCD camera and has ability to achieve 360 degree full-angle source illuminations and projections capture of the targets to obtain the dense sampling by performing rotational scan. The measurement accuracy is validated from cylinder phantom experiments by the comparison between the experimental data and theoretical predictions. Finally, we also present typical in vivo images of fluorescent tube implanted into the mouse body. The results are promising and have proved the system imaging performance for macroscopic optical biomedical research.     

碳量子点作为光声造影剂的性能评价与基础研究

基于碳量子点的优异光吸收性能,探讨碳量子点作为光声造影剂的潜质.测试碳量子点的基本物理性质,以及不同浓度、波长、缓冲液中的体外光声成像效果.进而研究其在小鼠皮下注射及尾静脉注射下的体内光声造影效果及生物相容性.结果显示,碳量子点具有优良的光声性能,在多种缓冲液中具备稳定的光声信号.动物体内实验证实其在小鼠皮下以及血管中均能起到光声造影增强作用,并且具有良好的生物相容性.     

几种小动物活体可见光成像系统的比较

小动物活体可见光成像系统由、暗箱、气体麻醉系统和操作分析软件组成。利用生物发光或荧光技术,在体内形成生物光源,利用灵敏的CCD拍摄成像,再通过分析软件对研究对象进行定位与测量,从而研究肿瘤的发生发展,基因的表达,药物作用机理以及蛋白质相互作用等。针对德国的Berthold(伯托)、美国的Caliper(Xenogen精诺真)、Kodak(柯达)、CRI和国产的中科恺盛几个常用机型,从几个方面总结出各自的特点。     

纳米氧化石墨烯在肿瘤显像和治疗领域的研究进展

纳米氧化石墨烯,即石墨烯的氧化衍生物,作为一种新型二维的碳纳米材料,具有超大的比表面积和优异的光热效果等性质,已成为纳米医学领域中备受关注的研究热点.它含有大量的活性化学基团,比如羧基、羰基、羟基和环氧基等,既容易对其进行生物化学功能化,又使其具有很好的生物相容性,因此在生物医学领域中表现出很强的应用潜能.首先简要概述了纳米氧化石墨烯的制备与功能化方法,然后重点介绍它在生物医学领域的应用研究,包括其体内外毒性测试和肿瘤显像与治疗方面的研究进展.     

普鲁士蓝在肿瘤诊断和治疗中的研究进展

 普鲁士蓝是一种美国食品和药物管理局批准的、作为临床上治疗铊等放射性元素中毒的解毒剂,具有良好的生物相容性及生物安全性。普鲁士蓝纳米粒子在尺寸和结构上的可调控性及本身的性能,使得其在药物输运、分子影像、基因治疗、光热治疗肿瘤等肿瘤的诊断和治疗方面发挥着重要作用。本文以肿瘤诊疗方面的医学应用需求为背景,综述了基于普鲁士蓝的纳米诊疗剂在光声成像(PA)、核磁共振成像(MRI)、超声成像(US)、多模式成像,及作为光热转换剂和药物传输系统(DDS),实现对肿瘤的光热治疗、化疗和基因治疗等研究现状和发展趋势。     

Near-infrared fluorescent amphiphilic polycation wrapped magnetite nanoparticles as multimodality probes

Construction of multifunctional/multimodality nanoparticles for cancer diagnosis and therapy has become an attractive area of investigation. In this report, we designed a multimodality nanoprobe for cell labeling, and can be detectable by both magnetic resonance and near infrared (NIR) fluorescence imaging. Multiple hydrophobic superparamagnetic iron oxide (SPIO) nanocrystals are self-assembled into nanocomposites in water phase with the help of partially alkylated hyperbranched polycation, polyethylenimine (PEI), which already conjugated with the indocyanine dye Cy5.5 and can be used for cell imaging under NIR fluorescence imaging. The amphiphilic PEI/SPIO nanocomposites have a strong T 2 relaxivity. The iron uptake process in MCF-7/Adr displays a time dependent behavior. Confocal laser scanning microscopy reveals that the nanoprobes are internalized into the cytoplasm of MCF-7/Adr after 24 h labeling. Both MR and NIR fluorescence imaging showed strong image contrast against unlabeled cells. Under a clinical MRI scanner, labeled cells in gelatin phantom present much darker images than controlled ones. The T2 relaxation rate of the labeled cells is 98.2 s 1 , significantly higher than that of the control ones of 2.3 s 1 . This study provides an important alternative to label MCF-7/Adr at optimized low dosages with high efficiency, and may be useful to label other biologically important cells and track their behaviors in vivo.     

太赫兹时域光谱成像系统的研究进展

太赫兹时域光谱成像技术具有穿透性、超快时间分辨能力、指纹光谱特性、安全无辐射电离等显著特点,在物质成分光谱分析、工业材料无损检测领域具有独特的应用价值,成为近些年来的研究热点。基于此,从成像体制和成像算法两个方向进行介绍。在成像体制层面,全面介绍了逐点扫描成像、太赫兹焦平面成像、太赫兹光电导阵列成像等二维的成像方式,以及突破衍射极限的太赫兹近场成像技术;在成像算法层面,介绍了飞行时间成像和断层扫描成像技术等三维成像方式。列举了太赫兹技术在生物医学、无损检测、安防检测等领域的应用。最后总结了当前太赫兹时域光谱技术所面临的问题。     

基于锌（II）-二甲基吡啶胺的靶向探针成像研究

锌（II）-二甲基吡啶胺（ZnDPA）作为小分子靶向基团,靶向凋亡或死亡细胞中的阴离子磷脂质膜——磷脂酰丝氨酸（PS）.文章总结了ZnDPA与其他分子成像探针结合的体内成像,如荧光成像、磁共振成像（MRI）、光声成像（PAI）、正电子发射型计算机断层显像（PET）,并且结合药物分子成为诊疗一体化探针,在炎症、细菌感染、癌症等方面都有着广泛的应用.最后讨论并展望了ZnDPA小分子探针未来的发展趋势.     

纳米稀土金属有机框架材料的合成及其生物医学应用研究进展

近年来,纳米稀土金属有机框架(MOF)材料的合成及其在生物医学,特别是在肿瘤诊断和治疗方面的应用研究引起了科学家们广泛的关注.一方面,纳米稀土MOF具有独特的光学和磁学性质,可用于生物成像(如荧光成像和磁共振成像等);另一方面,纳米稀土MOF的组成和结构多样,且具有高的比表面和大的孔容,是具有潜力的药物控释载体.这种集多种功能于一身的纳米稀土MOF为开发新型的诊疗一体化试剂提供了一个新的平台.介绍了近年来纳米稀土MOF的合成及其在生物医学方面的应用的研究进展.     

铋基纳米材料在肿瘤诊治和抗菌中的应用进展

随着纳米技术的快速发展，纳米材料作为新型生物材料在生物医学领域表现出独特的优势，受到研究人员的广泛关注。铋基纳米材料因其良好的生物相容性和优异的光学等物理化学特性，在肿瘤诊治和抗菌等生物医学领域的应用已被广泛研究和报道，并展现出广阔的应用前景。简要综述了生物医用铋基纳米材料在计算机断层扫描成像、光声成像等生物成像和光动力治疗、放射治疗、光热治疗等肿瘤治疗以及抗菌中的研究进展，希望为铋基纳米材料在生物医学领域中的应用提供帮助。     

肝癌临床标本原位移植模型的建立及其影像学评估

目的 建立基于临床肝癌手术标本的原位移植(patient-derived orthotopic xenograft PDOX)模型,研究近红外荧光(Near-infrared fluorescence,NIRF)活体成像和PET/CT在模型评估中的应用。方法 将临床新鲜肝癌手术标本接种于重度免疫缺陷NPG小鼠皮下建立肝癌PDX模型,通过组织形态观察、STR分型检测和免疫组化分析对PDX模型进行评估。进一步将PDX模型肿瘤组织进行裸鼠肝原位移植建立PDOX模型,注射近红外荧光染料IR-783,通过小动物活体成像检测肿瘤的发生;尾静脉注射18F-FDG,通过小动物PET/CT观察确认肝原位肿瘤的生长。结果 STR分型结果表明PDX肿瘤的人源性特征,组织形态观察和免疫组化检测表明PDX肿瘤保持了原发肿瘤病理学特征;近红外荧光活体成像检测到肝脏肿瘤的发生;PET/CT可清晰观察到小鼠肝脏部位18F-FDG分子探针富集。结论 成功建立了肝癌PDOX模型,通过小动物活体成像和PET/CT影像技术可对该模型进行评估,为肝癌的治疗和发病机制研究提供了良好的动物模型。     

便携式癌细胞荧光显微成像系统的设计与实现

根据荧光成像在癌症诊断分析中的机理,选择高效率的光学系统,配合高精度的半数字式对焦技术和智能图像采集融合技术,实现高性能便携式癌细胞荧光成像系统。系统选择多波段的LED光源;采用科学级面阵互补金属氧化物半导体(CMOS)探测器,配合散斑抑制二向色镜,降低背景干扰,提高检测灵敏度;采用半数字式对焦技术,实现显微镜高精细的自动对焦;采用FPGA+万兆网的结构,实现图像数据的高速传输。实验表明,基于该系统可制成质量为4 kg、功耗不到20 W的便携式癌细胞荧光成像设备,实现清晰的多谱段癌细胞荧光成像和快速检测。     

基于亚甲基蓝二氧化硅纳米颗粒的细胞与活体成像

采用反相微乳液法,制备了以亚甲基蓝为内核材料的亚甲基蓝二氧化硅纳米颗粒,通过优化亚甲基蓝的包裹浓度获得荧光信号较强的纳米颗粒,并初步考察了其用于He-la细胞标记与体内示踪的可行性.通过MTT实验考察了颗粒对细胞的毒性影响以及较为适宜的标记细胞的浓度,结果表明:当颗粒浓度为1mg/mL时,细胞的存活率仍有80%左右.利用激光共聚焦显微镜考察了Hela细胞对颗粒的吞噬情况以及颗粒在细胞内的分布情况,结果表明,该颗粒能被Hela细胞吞噬且主要分布在溶酶体内.活体荧光成像结果显示,尾静脉注射该颗粒后,裸鼠全身都发射出近红外荧光信号,随着血液的循环,颗粒慢慢聚集在肝脏等器官中.以上结果表明,包裹亚甲基蓝的二氧化硅纳米颗粒可以用于细胞的标记和体内示踪成像.     

磁纳米分子影像探针研究热点与挑战

 近年来,磁纳米材料在分子影像领域的应用得到科研人员的广泛关注。常用的磁性纳米探针是超顺磁性氧化铁颗粒（SPION）,它具有较好的水质子横向弛豫时间（T₂）弥散加权核磁共振成像造影剂的性能。通过对SPION制备及表面修饰进行改进,使纳米颗粒具有磁共振造影功能和干细胞标记、药物/基因递送的功能。综述了SPION兼具影像探针和磁共振成像可视化治疗方面的功能。虽然已有多种磁纳米材料进入临床研究,但结合当前研究瓶颈以及纳米药物制备方法的发展,制备造影效果较好、药物生物相容性较高、具有靶向性及临床转换潜力较强的SPION是新一代磁纳米探针研究亟需解决的问题。     

用于生物医学的新型显微分光光度计MSP系统

介绍一种用于生物医学的显微镜和光学多道分析仪（OMA）组合成新型显微分光光度计（Microspectrophotometer,简称MSP）系统,在该系统中,安放在显微镜成像平面上的光纤不仅可将信号由显微镜传输到OMA进行光谱分析,可也将光线反向导入显微镜用于校准,该系统不仅容易的构造,简单易用,而且在不增加采集时间的情况下具有比常规MSP系统更高的光谱分辨力。文中还给出系统测量人肺组织的激光诱导内源性显微荧光光谱与图像的一项实验结果。     

基于非成像模型的摄像机校准方法

作为摄影测量关键部件的摄像机,其校准精确度直接影响了整个测量系统的测量不确定度．通过对常规摄像机校准技术的研究,发现基于内参数成像模型的校准方法会因为内参数综合优化的相关性干扰和非线性求解的不确定性使校准的畸变参数不稳定,且无法修正由镜头透镜组制造中的曲率变化非连续平滑等造成的非模型化畸变．结合航空摄影测量光学实验室方法与垂线法,以摄像机的成像原理为依据提出基于非成像模型的校准方法,以实现逐像元（甚至亚像素级）畸变的细化修正．实验表明,该校准方法的角度测量精度为±5″,系统不确定度为10×10-6,并可适用于所有的相机和镜头．     

七甲川菁染料与醋酸阿比特龙的化合物应用于小鼠前列腺癌的活体成像和治疗研究

摘要:目的 研究七甲川菁( heptamethine carbocyanine)近红外( near-infrared fluorescence, NIRF)荧光染料与醋酸阿比特龙( abiraterone acetate,ABi)合成化合物( DZ1-ABi 和 783-ABi) 对前列腺癌的治疗及其在活体成像中的应用。方法 化学合成两种化合物 DZ1-ABi 和 783-ABi;将人前列腺癌细胞 PC-3、LNcaP 和 C4-2 培养至对数生长期后分别加入 DZ1-ABi、783-ABi 和 ABi,观 察 三 种 化 合 物 对 肿 瘤 细 胞 增 殖 的 抑 制 作 用;将 人 源 性 前 列 腺 癌 PDX 肿 瘤（B45354）皮下移植裸鼠随机分组给予 DZ1-ABi、783-ABi 和 ABi 治疗并监测肿瘤生长状况。 荷瘤鼠分别注射 DZ1- ABi 和 783-ABi（0. 1 nmol / 只）,活体成像监测两种化合物在小鼠体内的代谢情况和肿瘤靶向性。 结果相较于ABi 和 783-ABi,DZ1-ABi 能更好地抑制人前列腺癌细胞 PC-3、LNcaP 和 C4-2 的增殖;在荷瘤鼠药敏实验发现,DZ1-ABi 表现出较 783-ABi 和 ABi 更好的治疗效果;活体成像显示,无论是肿瘤的靶向性还是荧光信号强度,DZ1-ABi 均表现出比 783-ABi 更为明显的优势。 结论DZ1-ABi 相较于 783-ABi 和临床药物 ABi 在对肿瘤的抑制和活体成像中均表现出比较明显的优势,有望成为新型的肿瘤显像和治疗双重靶向药物。     

Near-infrared fluorescent aptamer-templated silver nanoclusters facilely synthesized for cellular imaging applications

Fluorescent metal nanoclusters(NCs)have received extensive attention for their potential uses in bionanotechnology.Here,we develop a facile strategy to synthesize near-infrared fluorescent silver nanoclusters(Ag NCs)stabilized by MUC1 aptamer.The MUC1-Ag NCs are characterized by UV–Vis absorption spectroscopy,fluorescence spectroscopy,transmission electron microscopy,and fluorescence lifetime.These results indicated that the MUC1-Ag NCs possess bright near-infrared luminescence,high stability,and excellent biocompatibility.The cellular imaging of MUC1-Ag NCs by confocal laser microscopy demonstrated them to be promising candidates as novel fluorescent probes for biomedical application.     

贵金属纳米材料用于生物成像研究进展

 贵金属纳米材料在光稳定性、光信号强度、生物兼容性等方面具有其他材料无法比拟的优势,已成功应用于各科学研究领域,尤其是在生命科学与生物医学研究等方面具有广阔的应用前景。本文简介贵金属纳米材料在荧光成像、拉曼成像、暗场成像的成像原理及优缺点,综述贵金属纳米材料在生物成像方面的最新研究进展。随着纳米合成技术的快速发展及检测手段的提高,贵金属纳米材料将会从基础的科学研究领域更全面地走向实际应用。而单分子光谱和光学显微成像技术取得了长足的进步,很有可能带给生物成像表征手段一次全新的革命。     

聚多巴胺/银复合纳米粒子的制备及其在细胞荧光/表面增强拉曼双成像中的应用

提出了一种具有荧光/表面增强拉曼光散射(SERS)双成像能力的复合纳米粒子的简便制备方法.在银纳米粒子表面修饰上4-巯基吡啶,再在其表面包裹聚多巴胺膜并吸附罗丹明6G.选择合适的激发波长,获得了良好的细胞的荧光和SERS图像,研究了肿瘤细胞的荧光/SERS双成像与药物释放.这种具有荧光/SERS双成像能力的复合纳米粒子有望在生物体成像和药物控释等领域获得应用.