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.     

液气相变型超声分子探针研究进展

随着分子成像技术和各种纳米生物材料的迅速发展,医学影像技术有望对人体疾病实现从器官、组织水平到细胞、分子水平全方位、多层次在体实时观察.通过基于分子靶标的肿瘤早期诊断、革命性的肿瘤分子分型以及肿瘤边界确定和术中手术导航的全面开展,实现精准医学.超声分子影像是分子影像学的一个新的分支,在近10年发展迅速.液气相变型超声分子探针凭借其良好的穿透性以及诊疗一体化等优点,已显示出其优于传统超声分子探针的众多优势,在基础与临床应用方面展现出巨大潜力.本文对液气相变型超声分子探针的相变机制以及近几年在生物医学应用领域的研究进展进行了综述.     

多功能生物医学超声:分子影像、给药与神经调控

超声作为一种安全、经济、便携、快速的成像方法,已经广泛应用于临床的各个领域并几乎涉及每一种人体器官和每一个医学分支.近年来,随着重大疾病早期诊疗的迫切需求,结合物理、工程、技术的综合发展,提出了超声分子成像、定点给药、超声神经调控及诊疗一体化等新技术,生物医学超声将从单纯的成像手段转变为具有精确诊断、调控和治疗的多种功能.本文首先简要介绍生物医学超声基本物理特征(波动、力学和热效应),然后结合我们的研究工作回顾近几年超声在生物医学中的新研究进展(分子影像、操控给药和神经调控等方面),并探讨超声诊疗一体化和超声神经调控在精准医学和脑科学中的应用前景.     

聚集态分子内运动触发的生物光热诊疗

运动是物质的基本属性之一.关于分子运动的研究由来已久,然而它们大多数只能在分子的孤立态、气相或溶液态下开展.分子在聚集态下的运动往往由于分子间的位阻效应很难实现.本文介绍了通过调控分子内运动方式(包括分子内基团转动、扭曲分子内电荷转移和分子内键伸缩振动)和分子聚集态行为等可有效实现分子在聚集态下的运动,为分子聚集态科学的发展打开了一扇新的窗户.与此同时,这种强劲的聚集态分子内运动可实现有效的光热转化,在光声成像、热红外成像和光热治疗等生物纳米应用方面有显著的发展优势.     

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.     

三次谐波碘分子稳频Nd:YVO4激光器

采用饱和吸收三次谐波检测方法,在微型Nd:YVO4倍频激光器调谐范围内,观测到碘分子超精细结构光谱,用该光谱信号实现了激光频率的锁定.锁定误差信号分析表明:微型Nd:YV04倍频激光器在532 nm处频率稳定度有可能达到3.0×10-13(1 S积分时间).     

聚合物电解质包裹金核银壳纳米棒制备双模式光学细胞成像探针

报道了一种新型的荧光及表面增强拉曼散射(SERS)双模式光学成像探针. 该探针以金核银壳纳米棒为SERS增强基底, 其表面标记拉曼分子产生SERS信号. 随后通过层层吸附的方法在标记了拉曼分子的金核银壳纳米棒表面包裹聚合物电解质. 最后在聚合物电解质层上连接异硫氰酸荧光素产生荧光信号. 将探针置入HeLa细胞, 实现了荧光、SERS双模式成像. 该探针具有以下优点: (1) 能产生荧光、SERS两种信号, 实现双模式光学成像; (2) 金核银壳纳米棒具有优异的SERS增强能力, 使得探针进入活细胞后仍能提供高信噪比的SERS信号; (3) 聚合物电解质在形成隔离层避免荧光信号被金属淬灭的同时, 提高了探针的生物兼容性. 这种双模式光学成像探针在药物输运和肿瘤靶向等研究中具有重大的应用前景.     

一种新型的微型可编程闪耀光栅及其多光谱成像应用

采用两层多晶硅表面微加工工艺, 研制开发了一种新型的微型可编程闪耀光栅. 该光栅具有结构简单、工作谱段宽、光谱连续可调等特点. 为了实现可工作闪耀角的最大化, 有效利用Dimple结构作为栅条的核心功能组件, 其高度接近空气间隙. 由实验测得, 研制的微型可编程闪耀光栅在驱动电压112 V作用下能达到的最大可工作闪耀角约5.19°, 对应的最大闪耀波长达到中红外4.88 μm. 在此基础上, 以该微型可编程闪耀光栅为核心的分光元件, 研究了其在多光谱成像领域应用的可行性, 并搭建了多光谱成像系统的原型样机, 得到了较好的实验结果. 最后, 讨论了该成像系统的优点, 并提出了进一步研究的建议.     

纳米探针在分子影像领域的研究进展

随着人们对医学诊断要求的提高, 现有的影像诊断技术已经不能满足疾病高效超前诊断的需求. 而分子影像诊断技术从分子水平对疾病的异常结构和功能进行生理、生化水平显像, 能为疾病的诊治提供更为精确的信息. 分子影像学的发展除了需要先进的成像设备外, 最关键的是要发展新型而高效的成像探针. 目前常规的造影剂和分子探针因为信噪比较低、不具备靶向性等缺点而无法满足成像要求, 而在各种纳米材料基础上发展起来的纳米影像探针显示出较好的显像效果. 本文主要综述光学成像(optical imaging)、磁共振成像(magnetic resonance imaging, RI)、正电子发射断层成像(positron emission tomography, PET)、电子计算机X线断层扫描(computed tomography, CT)、单光子衍射成像技术(single-photonemission computed tomography, SPECT)、光声成像(photoacoustic imaging, PA)、多模态成像(multi-modality imaging)等各类分子影像中纳米探针的种类、应用及发展前景.     

下一代医学成像技术展望

<正>从磁标记糖、烟雾传感手术刀以及高能质子束,加之国际团队的协作攻关,下一波的医学成像技术将为人们呈现更为清晰的人体图像。在21世纪的最初几年,医学影像学已有迅猛的进步。如今,医生可以在分子水平上观察病情、检查个体的心跳特征,和研究大脑工作的微小细节——所有这些工作在十年前是根本不可能的。"我们正在进入精密医学的时代,"美国国家生物医     

仿生水凝胶结构特性的超分辨率荧光成像

基于聚异氰缩氨酸合成的热功能化的仿生水凝胶具有与细胞骨架中的肌动蛋白丝、中间丝相同的结构特性,在生物医学领域中具有广阔的应用前景.本文将荧光探针分子ALEXA647标记在仿生水凝胶的聚合物链上,利用全内反射荧光显微镜进行荧光成像,并采用超分辨率光学波动成像的方法(SOFI)对仿生水凝胶的荧光成像进行超分辨率成像分析.通过SOFI成像及反卷积处理获得了高分辨率、高信噪比和高对比度的仿生水凝胶荧光成像.SOFI成像使得水凝胶的网状结构和各聚合链之间的绑定方式实现了可视化,研究发现较高的聚合物链溶液浓度不会形成更粗的聚合链绑定,而是使绑定形成的网状结构的孔径更小.另外观测了溶液环境下的仿生水凝胶的特性.     

鸟类导航之谜

正不顾一切艰难,在本能和长期以来令人费解的天生导航能力推动下,鸟儿以极高的准确度迁徙长远的距离。每年都有无数只鸟儿在地球磁场指引下进行英雄史诗般的超远程迁徙。那它们是怎样侦测磁场的呢?这个奥秘已经困扰了科学家几十年。2013年4月底,维也纳分子病理学研究所的科学家宣布了一项重要成果:他们在鸟类的感应神经元中发现了微型铁球。这些感应神经元细胞也叫毛细胞,被发现     

与恐惧有关的遗传基因

美国科学家最近发现了一种新的脑电活动 ,它在人们的恐惧经历中起着十分重要的作用。尽管目前这项研究是在小鼠中进行的 ,但研究人员预测 ,这一发现将为寻找新的焦虑症治疗方法提供新的思路。美国哥伦比亚大学霍华德·休斯医学研究所的埃里克Ｒ 坎德尔 (ＥｒｉｃＲ .Ｋａｎｄｅｌ)说 :“这一研究结果表明 ,我们可以尝试研究一种新的分子遗传学的方法来治疗学习性恐惧 ,学习性恐惧是焦虑症的一种。这将使我们能够更深入的了解恐惧产生的分子机制 ,并将导致一种新的治疗方法的出现。”坎德尔是 2 0 0 0年诺贝尔医学奖获得者 ,这份研究报告发表…     

碳微管能用来储存氢气吗?

自从发现碳微管 ,1 0年来它已经成为微型材料领域的宠物 ,被寄予厚望。科学家们把这些分子级的石墨管想象成一把开启超新技术大门的钥匙 ,例如超强度合成材料或微型电器。有一个具争议性的可能用途是把这些碳微管用作存储氢的介质。氢气被认为是一种理想的未来燃料 ,它质轻 ,来源充足 ,氧化产物 (水 )无毒 ,氢气和氧气在燃料箱内反应可产生电能。如果氢气燃料能被用作车辆燃料 ,则大气污染将大大降低 ,而我们对进口石油的依赖也将大大降低。但要做到这一点 ,氢气燃料必须能够被安全、有效、微型和经济地储存在汽车里。这是一个最头疼的问题 …     

共享、共责与共治——精准医学伦理的新挑战与应对

<正>精准医学是一种建立在数据基础上的新型医学模式.美国国家科学研究委员会(National Research Council, NRC)认为,精准医学将通过整合每个病人的分子研究和临床数据,发展出一种更加精确的分子疾病分类学的知识网络,以此提升诊断和治疗水平,并根据每个病人的个体差异为其量身定制更好的卫生保健^[1].这不仅需要将临床数据进一步整合共享,     

纳米生物医学成像表征与医学功能生物界面

基于微尺度(微/纳米)功能生物界面的成像与表征,集成并发展了以原子力显微镜、环境扫描电子显微镜等纳米源头技术为主导的,具有相互协同、验证、补充的多信息、多层次联合成像、表征及微加工设备功能群,实现了活体生物界面微尺度成像与表征方法学上的突破.进而,强调"医学功能界面"的概念,针对血管、骨和肿瘤相关医学功能界面,深入开展"微尺度构建-功能-力学耦合机制"研究.在此基础上,受血管内皮细胞为载体的血流/血液/血管相互作用功能界面的启发,实现黏附可控医学功能界面的仿生设计与制备;同时在中医"补气活血"理论的指导下,开辟"生物力药理学"这一新的交叉研究领域,强调生物力学因素在药理学研究和临床诊疗活动中的重要作用,建立可作为Biomarker另一类形式的临床样品微尺度力学参数指标,并倡导将"实验台/病床"双向引导的转化医学模式实施于诊断与治疗中.     

书讯

《超越分子前沿:化学与化学工程面临的挑战》作者:21世纪化学科学的挑战委员会,陈尔强等译出版:科学出版社2004年4月定价:30元本书是美国政府关于化学科学的发展报告.由美国国家研究委员会及化学科学与技术分委会组织的21世纪化学科学的挑战委员会编写,我国国家自然科学基金委员会化学科学部推荐出版,北京大学化学与分子工程学院组织翻译.介绍了目前化学科学的发展状况及21世纪的发展方向.内容包括12章:引言;学科的结构和文化;合成与生产;物质的化学和物理转化;分离、鉴定、成像、以及物质和结构的测量;化学理论及计算机建模;与生物学及医学…     

生物传感器和体内微型传感器

生物传感器和体内微型传感器是生物工程与微电子学相结合而产生的新型微电子器件,在生物、医学基础研究和临床医学方面有着重要的应用价值.《生物传感器和体内微型传感器》一文介绍了它们的工作原理,综述了这个技术领域的现状和前景.     

三次谐波碘分子稳频Nd:YVO4激光器

采用饱和吸收三次谐波检测方法, 在微型NdYVO4倍频激光器调谐范围内, 观测到碘分子超精细结构光谱, 用该光谱信号实现了激光频率的锁定. 锁定误差信号分析表明 微型NdYVO4倍频激光器在532 nm处频率稳定度有可能达到3.0×10-13(1 s积分时间).     

挑战化学成像极限:世界最高分辨率的单分子拉曼成像

正[本刊讯]近日,中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室董振超研究小组在国际上首次实现亚纳米分辨的单分子光学拉曼成像,将具有化学识别能力的空间成像分辨率提高到前所未有的0.5纳米。Nature于2013年6月6日在线发表了这项成果。光被散射后,频率会发生变化,而频率的变化情况取决于散射物质的特性,这是物理学上著名的"拉曼散射"。拉曼散射中包含了丰富的分子振动结构的信息,不同分子的拉曼光谱的谱