人造纳米颗粒呼吸系统毒性及生物效应的研究进展

随着纳米技术在全球的迅猛发展,人造纳米颗粒已经广泛应用于生物医学领域,其生物安全性成为研究者的关注热点.由于呼吸道是人造纳米颗粒进入机体的主要途径之一,纳米颗粒对机体呼吸系统的毒性和生物效应的相关研究越来越多.本文介绍了人造纳米颗粒和纳米药物在治疗呼吸系统疾病中的应用,重点归纳了几种常见人造纳米颗粒对机体呼吸系统的毒性效应和可能的毒性作用机制,阐述了影响纳米颗粒毒性的几点因素,为今后人造纳米颗粒的研究和应用提供有价值的参考.     

氧化铁纳米材料在肿瘤治疗中的研究进展

氧化铁纳米材料是目前美国食品药品监督管理局(FDA)批准的唯一可运用于临床的无机纳米材料,在磁共振医学影像中发挥着重要的作用.近年来,随着化学技术的蓬勃发展,以化学修饰改造为代表的优化策略在氧化铁纳米颗粒尺寸大小的调控、成分结构的改造以及表面功能化修饰中大量运用,使得生物相容性良好的氧化铁纳米颗粒在医学健康领域,特别是肿瘤治疗方面的运用得到极大的拓展.本文将探讨以氧化铁纳米颗粒为基元的纳米材料在肿瘤治疗领域的研究与发展,分别就当前氧化铁纳米颗粒的制备工艺、氧化铁纳米颗粒的生物学效应功能、氧化铁纳米颗粒在肿瘤治疗,以及肿瘤免疫微环境调节的运用等方面进行了总结.最后,讨论了氧化铁纳米颗粒作为肿瘤药物向临床转化面临的问题,并展望了其未来的发展方向.     

纳米颗粒与细胞的交互作用

与大块材料相比,纳米尺度材料有着独特的光学、电学、力学和生物学性质,这使得纳米颗粒在药物输运和肿瘤成像等医学方面展现出巨大的应用前景.同时,愈来愈多的工业化纳米颗粒和纳米材料的制备,使得其生物安全性也受到很大的关注.由于纳米颗粒进入体内后的作用发生在细胞层面上,这要求我们很好地去理解纳米颗粒与细胞之间的相互作用.大量的实验表明,纳米颗粒吸附在细胞膜表面,并通过不同方式被细胞所摄取.纳米颗粒的尺寸、形状、表面化学性质、表面电荷分布、拓扑结构以及颗粒弹性性能等都对两者间的相互作用有着显著的影响.本文简要介绍颗粒进入细胞的路径,着重阐述影响颗粒/细胞交互作用的关键因素,并对后续的研究方向进行展望.     

肿瘤靶向性药物载体叶酸-淀粉纳米颗粒的研制与应用

用反相微乳液法和交联法制备了带负电的交联淀粉纳米颗粒(StNP), 经过叶酸活性物质(FA-PEG-NH₂)修饰, 成功制备了叶酸-淀粉纳米颗粒(FA-PEG/StNP). 原子力显微镜和Zeta-Sizer粒度仪检测表明所得颗粒的平均直径约为130 nm. FA-PEG/StNP与抗癌药物多柔比星(DOX)经渗透结合, 获得了载药叶酸-淀粉纳米颗粒, 用紫外分光光度法检测发现纳米颗粒结合DOX的饱和量为28 μg/mg, 并对药物DOX具有明显的缓释效果. 经过与肝癌细胞BEL7404共培养实验发现: 载药FA-PEG/StNP和载药StNP的半致死浓度LC₅₀比DOX的半致死浓度明显提高, 表明FA-PEG/StNP和StNP都能显著降低DOX的细胞毒性. 而含相同量药物DOX的载药FA-PEG/StNP和载药StNP与肝癌细胞BEL7404共培养发现: 前者的细胞致死率是后者的3倍, 结果证实了修饰在颗粒上的FA能显著提高颗粒对肝癌细胞的靶向作用, 使更多药物作用于肿瘤细胞, 提高了作用效果. 所制备的叶酸-淀粉纳米颗粒具有药物缓释、靶向识别、降低毒副作用的特点, 可以作为肿瘤靶向性药物载体.     

纳米颗粒抑制肿瘤转移的研究进展

肿瘤转移已经成为癌症治愈的最大难题.由于传统手术难以完全清除原发灶,而且传统化疗给药效率低,使得未被完全清除的肿瘤通过上述两个阶段在远端形成转移灶.利用纳米颗粒则有望攻克这一难题.因为它能够在肿瘤部位有效富集、联合如光热治疗等其他疗法,有效抑制原发灶的增殖转移;同时它还能够捕获循环肿瘤细胞、富集于特定转移灶器官或淋巴结、抑制肿瘤(如:脑胶质瘤)的转移和复发.本文以功能性纳米颗粒为对象,总结了功能性纳米颗粒在不同肿瘤组织的富集策略,分析了功能性纳米颗粒清除原发灶的机制和方法,探讨了功能性纳米颗粒对抑制转移灶生长、扩散、复发的影响,最后从临床应用的角度对纳米颗粒的研究现状、未来前景以及面临的挑战进行了分析和展望.     

双醛淀粉纳米颗粒制备及作为药物载体的应用

利用反相微乳液法和交联法, 用高碘酸钠(NaIO4)氧化可溶性淀粉(St)成功制备了双醛淀粉纳米颗粒(DASNP). 红外光谱仪检测显示所得颗粒含有醛基, 并用“碱消耗法”测定醛基的含量为(50±5)%. 扫描电子显微镜(SEM)检测结果显示该颗粒的平均粒径约为100 nm. 热分析(TGA-DTA)表明DASNP的热稳定性比淀粉纳米颗粒(StNP)、双醛淀粉(DAS)有明显提高. 紫外分光光度法检测纳米颗粒结合多柔比星(DOX)的最适宜质量比为15:1, 并对药物有明显的缓释效果, 细胞实验证明该颗粒的低毒性. 载药颗粒(DOX-DASNP)与人乳腺癌MCF-7细胞共培养, 发现DOX-DASNP能长时间释放药物作用肿瘤细胞, 增强了药效. 结果显示, 所制备的DASNP热稳定性好, 颗粒小, 生物毒性低, 对药物具有缓释作用并提高药效, 是一种很有潜力的抗肿瘤药物载体.     

燃煤纳米颗粒物的物化特性及其潜在健康危害

纳米颗粒物污染可能造成比粗颗粒更为严重的健康危害, 但是相关知识还十分缺乏. 利用低压撞击器将燃煤锅炉生成的纳米颗粒物细分成三个粒度段, 采用高分辨率场发射电子显微镜和XRF对其物化特性进行了表征. 结果表明燃煤纳米颗粒物主要为20~150 nm的一次颗粒及其聚结体. 无机纳米颗粒主要由无机成灰元素构成, 其聚结体的结构较紧密. 而有机纳米颗粒的主要成分为元素C, 其聚结体的结构较松散. 同一锅炉生成的纳米颗粒物具有相似的化学组成, 主要含S、难熔元素和碱金属/碱土金属元素, 还含有少量的过渡元素和其他重金属元素. 不同锅炉纳米颗粒物的生成量及其元素相对含量存在差异, 可能是使用了低NO_x燃烧器的缘故. 燃煤纳米颗粒物具有微尺度、高比表面积和复杂的化学构成等突出特点, 可能对人体健康产生严重影响.     

纳米技术在癌症诊疗一体化中的应用

癌症的早期诊断与高效无毒的药物治疗是目前癌症诊疗的最大挑战,纳米技术的快速发展为癌症诊疗带来了新的希望.通过优化材料构建稳定、高效和安全的纳米载体,利用纳米载体结合抗癌药物和高准确度的癌症诊断探针,整合药物靶向运输、活体示踪、药物治疗和预后监测等功能于一体的多功能纳米体系将是未来的研究趋势,这将为有效地提高药物呈递效率和减轻药物毒副作用提供强有力的支持.本文总结了人类癌症治疗所面临的巨大挑战,综述了量子点、纳米金/银、碳纳米管/石墨烯、磁性纳米颗粒、脂类/聚合物类纳米颗粒以及介孔纳米材料等纳米颗粒的最新研究进展及其在癌症诊疗一体化领域的研究成果,并对纳米技术在癌症诊疗一体化的发展趋势进行了展望.纳米诊疗体系正在不断走向完善,而且未来会有更多的纳米体系用于癌症的诊断与治疗,但将安全可靠和高效低毒纳米体系应用于临床诊断和治疗,还应对纳米体系对人体细胞、组织、脏器的影响,量化和标准化生产等基础问题进行深入探究.     

从确定性到随机性的黏附接触理论

胶体、药物输运、细胞-病毒等体系中广泛涉及纳米颗粒与弹性固体表面之间的黏附相互作用.本文简要回顾了黏附接触理论的发展历史:已有的确定性黏附接触理论(如JKR,DMT等模型)预测,颗粒在低于临界分离拉力的作用下不会与基底分离,这一结论在颗粒特征尺寸减小到纳米尺度时不再适用.研究表明:当纳米颗粒与固体表面黏附的能量尺度接近环境热噪声的特征能量时,其界面黏附呈现出显著的尺寸效应和由此导致的随机性.基于经典的Kramers理论,建立了统计的黏附接触理论,将纳米颗粒与固体表面的黏附状态演化视为广义扩散过程,并用黏附寿命的概率分布描述黏附界面的相对强弱.两个纳米颗粒同时与弹性固体表面作用时,二者的黏附状态呈现明显的时空关联,可通过改变其中一颗粒的状态,间接调控另一颗粒的黏附寿命.     

以荧光碳量子点为探针构建基于金属纳米颗粒内过滤效应的氰根离子传感器

<正>荧光碳量子点是近年来备受关注的一种碳基荧光探针,在荧光成像、传感器、复合催化剂、光电器件、能源转换、药物载体等方向和领域获得广泛研究.在之前工作的基础上,本文报道了以荧光碳量子点为探针,构建一种基于金属纳米颗粒内过滤效应的氰根离子传感器.本方法中,荧光碳量子点的激发和发射波长位置与金、银纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR)吸收峰波长位置相重叠,使得体系的荧光强度减弱;当加入氰根离子后,氰根将纳米颗粒刻蚀使其粒径变小,LSRP吸收峰强度降低,使得体系的荧光强度增强.当前已发展的以荧光碳量子点为探针的传感器以检测金属阳离子为主,     

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.     

ZnO纳米颗粒的自组装及多孔纳米固体的研制

利用溶剂热压方法, 以ZnO纳米颗粒和不同种类的溶剂为原料, 制备了介于纳米粉体和纳米陶瓷体之间的过渡态——体块ZnO多孔纳米固体, 并研究了水热热压条件下ZnO纳米颗粒的自组装行为. 实验结果表明: 当水在ZnO纳米颗粒间分布不均匀时, 在水较多的区域, ZnO纳米颗粒会溶解到高温高压下的水中. 温度升高水汽化并从固体中逸出时, ZnO纳米颗粒经历自组装过程而形成一些“纳米花朵”(nanoflowers), 并且这种自组装行为对于样品的光致发光性质有很大影响; 相反, 如果水在纳米颗粒之间均匀分布, 则可以得到ZnO多孔纳米固体, 而且其孔径比较均匀. 另外, 实验结果还表明, 通过改变溶剂的种类、热压温度和压力, 可以在一定程度上控制ZnO多孔纳米固体的孔径及孔容. 热分析结果显示, 这样制备的ZnO多孔纳米固体具有较高的热稳定性.     

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.     

一种测量单个纳米颗粒比热的焦耳加热-针尖增强拉曼闪光法

纳米颗粒在复合材料及纳米器件中有广泛的应用,研究单个纳米颗粒的性能对纳米科技的发展有至关重要的作用.然而,受限于传统测量方法的空间分辨率,目前尚未报道有效的测量单个纳米颗粒热物性的方法.本文利用焦耳加热和针尖增强拉曼闪光法,设计了一种测量单个纳米颗粒比热的方法.将单个纳米颗粒放置在基底上,使用镀铂的探针作为加热器和温度探测器,探针接触纳米颗粒,通过稳态方法测量抽真空前后探针在同一温度下不同的发热量,即可通过比较求得纳米颗粒的对流换热系数;通过针尖增强拉曼散射方法,使用激光加热纳米颗粒,可获得纳米颗粒温度随时间变化曲线,结合稳态方法测定的对流换热系数,即可测定纳米颗粒的比热容和激光吸收率.分析可知,1 ns左右的激光脉冲分辨率即可满足常规状况下直径为100 nm的纳米颗粒比热的测量要求.     

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.     

水介质电弧法制备Fe3O4纳米颗粒及其磁性研究

Fe₃O₄纳米颗粒材料是具有铁磁特性、高表面活性和生物相容性的低成本纳米材料, 在磁流体、催化剂、磁记录和生物技术等多方面具有广阔的应用前景. 采用水介质中电弧放电这一简易方法, 通过工艺优化制备出了大量高纯度的Fe₃O₄纳米颗粒. 研究发现, 所制备的纳米颗粒呈较完整的球形, 结晶度好, 粒径范围在10~30 nm之间, 尺寸分布均匀, 平均粒径约为20 nm. 该纳米颗粒的饱和磁化强度约为64.97 emu/g. 研究结果表明, 能连续进行合成反应的水介质电弧法是一种低成本、高产量的制备高纯度Fe₃O₄纳米颗粒的新方法.     

“摇铃形”金复合纳米二氧化硅在细胞和组织暗场成像中的应用

金纳米颗粒因其具有独特的物理化学及光学性质, 在生物影像、癌症诊断治疗等领域表现出极大的应用前景, 但因小尺寸纳米金颗粒(<20 nm)在生理体液环境中稳定性较差、体内安全剂量低、被动靶向效果不明显等问题, 使其在体内成像, 尤其在活体肿瘤部位成像中受到较大局限. 本文针对上述问题, 将13 nm金颗粒生长在具有特殊核壳结构的夹心二氧化硅空腔之内, 形成具有新型结构的“摇铃形”金复合纳米二氧化硅(silica nanorattles@gold nanoparticles, SN@GN), 既保留金纳米颗粒的强散射特性以利于细胞和动物组织中实现暗场成像, 同时二氧化硅壳层将金颗粒保护起来, 提高了纳米颗粒的稳定性. 细胞毒性实验表明SN@GN的细胞生物相容性良好, 毒性低. 动物急性毒性实验表明, SN@GN的最大耐受剂量大于200 mg/kg, 而GN的体内最大耐受剂量仅为4.6 mg/kg, 显著提高了金纳米颗粒的生物相容性. 本研究为SN@GN在生物暗场影像领域的应用提供了重要的实验依据.     

金纳米壳球体的光学特性及其应用研究进展

金纳米壳球体是一种球状分层的纳米复合物颗粒, 由薄的金壳和绝缘体核组成. 在纳米壳球体的核-壳结构中, 其等离激元共振频率随核和壳相对大小的变化而系统地变化. 利用自组装和还原化学, 可以自由地设计和制造纳米壳球体, 使其等离激元共振吸收峰的位置位于光谱的近红外区. 金纳米壳球体这一独特的光学性质, 体现其人工设计的可控性, 在药物缓释、免疫分析、癌症治疗和成像以及生物传感等很多领域有着广阔的应用前景. 本文对金纳米壳球体的制备、性质及其应用研究进展作了综述, 并对金纳米壳球体未来的发展作了展望.     

核酸适配体在肿瘤靶向治疗中应用的研究进展

核酸适配体是一类能够特异性地和靶物质结合的寡核苷酸序列.它可作用于蛋白质、金属离子、小分子化合物、细胞膜表面受体等靶标.其结合能力可与抗体相当甚至更强,同时具有低免疫原性、稳定性好等特点,并可结合各种药物及载体构建多元复合靶向给药系统用于肿瘤靶向治疗,在生物医学领域引起了极大的关注.本文综述了核酸适配体结合化疗药物,或以聚合物、无机纳米粒子(碳纳米管、氧化石墨烯、金纳米粒、介孔二氧化硅、量子点和磁性纳米粒)、树枝状分子、脂质体、胶束等纳米粒子为载体的药物传递系统用于肿瘤靶向治疗的最新研究进展.     

一种用于癌症治疗的硫普罗宁包被载阿霉素的金纳米棒的制备与表征

金纳米材料在医学诊断和治疗领域有着很大的应用前景,其中金纳米棒(AuNRs)更是广泛应用于癌症治疗研究.本文中,硫普罗宁作为一种新型的巯基药物,被用来稳定金纳米棒得到Au-TIOP NRs.阿霉素(DOX)是一种化疗药物,通过与DNA反应扰乱细胞周期,从而诱导细胞凋亡,实验通过静电吸附将阿霉素连接到硫普罗宁包被的金纳米棒的表面从而获得Au-TIOP-DOX NRs,并进行了一系列的表征和初步的细胞毒性实验.另外本文提出,利用金纳米棒的近红外吸收和被动靶向肿瘤细胞的特性可实现肿瘤治疗,更重要的是,巯基药物硫普罗宁的羧基基团可以被DNA/RNA、功能多肽或药物分子等修饰,使金纳米棒成为一种新型的治疗癌症的药物输送系统.