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.     

介孔二氧化硅包金纳米棒用作新型癌症诊疗载体

金纳米颗粒由于独特的物理化学性质,近年来在癌症诊疗方面显示出令人瞩目的优势,由于其可调节的表面等离子共振,(localized surface plasmon resonance,LSPR)效应,金纳米粒子不仅在细胞成像方面具有广阔的应用前景,还可以通过     

靶向性Fe3O4@Au纳米粒子在光声/核磁双模成像中的应用

多模互补成像可以提高医学诊断精度. 多模探针是联合各个成像模式的桥梁, 这意味着发展多模式、多功能的纳米探针是非常必要的. 本文发展了一种具有靶向性的四氧化三铁核/金壳纳米粒子(Fe₃O₄@Au)作为核磁和光声双模成像的探针, 实验证明Fe₃O₄@Au纳米粒子具有超顺磁性, 可以增强T₂序列的核磁信号. 此外, 该探针同时具有光学吸收性质, 可以增强光声信号. 在其表面修饰Integrin a_vb₃单克隆抗体后, 该探针对U87-MG肿瘤细胞具有选择靶向性. 基于Fe₃O₄@Au纳米粒子的核磁/光声双模成像将在肿瘤诊断中发挥重大作用.     

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.     

金纳米棒:性能、制备、修饰、生物成像技术及应用

随着生物医学的发展,对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高,纳米材料和技术被越来越多地应用到生物医学领域.各向异性的金纳米棒由于具有较高的电子密度、较大的吸收截面、特殊的表面等离子共振光学特性、优良的生物相容性和化学稳定性而被广泛应用于生物成像领域.本文结合本课题组在该领域的研究经验,综述了金纳米棒的制备方法、光学性能和表面修饰方法;并从金纳米棒局部等离子共振特性出发,综述了金纳米棒的暗场散射成像、双光子荧光成像、光声断层成像、光学相干断层扫描、X射线计算机断层扫描、表面增强拉曼散射成像等生物成像技术.同时阐述了金纳米棒在生物成像、医学诊断和联合治疗等领域中的应用进展.     

两端接枝聚合物的金纳米棒在乳液液滴中的受限组装

聚合物接枝金纳米棒(polymer grafted gold nanorods, AuNRs@Polymer)不仅具有聚合物的稳定性、功能性和可设计性,还具有金纳米粒子(gold nanoparticles, AuNPs)的光学、光热转换、等离子体等性质,在成像、光电器件和药物控释等领域具有重要的应用前景.两端接枝聚合物的金纳米棒(AuNRs@End-Polymer)由于聚合物选择性接枝在金纳米棒的两端,易形成软硬兼具的哑铃状纳米粒子(类似ABA型嵌段共聚物).哑铃状纳米粒子受其两端特殊的空间位阻影响,在受限空间中难以形成紧密稳定的肩并肩结构,而更倾向于形成倾斜、交叉或螺旋排列等新颖结构.本文系统地研究了三维受限空间的尺寸以及纳米粒子形貌等因素对AuNRs空间排布的影响,并构建了一系列有序组装结构.     

金纳米笼状结构的可控合成及应用研究新进展

近几年来,为了提高对早期癌症监测和诊断的准确性,科学家们致力于研究和开发识别健康组织和癌症组织的生物医学成像技术[1,2].与此同时,造影剂的应用研究使得这些成像技术的灵敏度得到了进一步提高[3].金纳米颗粒能够在特殊波长对光进行吸收和散射[4];这种特殊的局域表面等离子体共振(LSPR)现象可以增强某些特定组织的光信号特征,从而提高成像的对比度,因此在医学光成像上具有潜在的应用前景.     

功能化介孔硅纳米载体的设计及其应用

随着纳米技术的飞速发展,纳米材料因其优良的物理化学性能在生物医学领域表现出巨大的应用潜力,已被广泛应用于药物/基因传递、疾病诊断、以及组织工程修复等,尤其在纳米抗癌制剂的研究中占有独特的地位.其中,介孔硅纳米粒子(mesoporous silica nanoparticle,MSN)因其独特的优良性能,如合成方法简单易行、重复性好、纳米粒子尺寸及介孔孔径均一可调、比表面积高、孔体积大、表面易进行功能化修饰、具有良好的生物相容性、能够有效负载诊疗制剂,而被广泛应用于构建药物控制释放系统.这种以介孔硅纳米粒子为基底构建的多功能智能响应载体系统能够有效运载抗肿瘤药物,其能够在到达病变部位以前保持"零释放"性能,而在进一步靶向功能基介导下特异性达到肿瘤部位或细胞后,在特异性刺激信号作用下响应性释放药物.这种将抗癌药物特异性传递至靶位点的方式,能够极大程度地发挥药物治疗效果,有效降低抗癌药物毒副作用,提高药物利用率,从而为高效抗肿瘤治疗提供保障.本文综述了刺激响应型介孔硅纳米粒子在抗癌纳米医学中的系列应用,着重介绍用于智能药物释放和肿瘤靶向治疗的介孔硅纳米粒子的多种功能化构建策略.     

磁共振成像造影剂的研究进展

磁共振成像是20世纪80年代发展起来的一项先进医学影像诊断技术,目前已广泛用于临床诊断,其中30％以上的成像诊断用磁共振成像造影剂,介绍了磁共振成像造影剂的定义和分类,以及顺磁性影剂的一些研究进展,详细讨论了水溶性顺磁性造影剂的非离子化、靶向性和大分子化3个发展方向,提出了磁共振成像造影剂今后研究与开发中应注意的一些问题和发展趋势。     

纳米金等离子共振特性在生物成像中的应用

随着生物医学的发展, 科学研究对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高, 纳米技术和材料被越来越多地应用到生物医学领域中来. 在细胞和生物组织的成像分析中, 纳米金由于其特殊的表面等离子共振特性和优良的生物相容性, 常被用作对比剂、靶向载体、增强剂、示踪剂和传感器而广泛应用于生物成像领域中. 我们将课题组的研究方向与目前该领域的研究热点相结合, 从纳米金辅助细胞及细胞内成像和动物活体成像两个方面就纳米金在生物成像、医学诊断等领域中的应用进展进行了阐述.     

基于稀土材料的新型多功能肿瘤诊疗剂的研究

●近年来,纳米生物医学已成为生物学、医学、材料学等多学科综合交叉领域的前沿和热点。其中,诊疗纳米医学是纳米生物医学研究领域中一个新兴的重要分支,这种以多功能纳米结构材料（简称纳米诊疗剂）构建的集医学疾病诊断和原位治疗于一体的新技术,将提供一个集早期实时监测、定位诊断与个性化干预于     

“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.     

1-壬烷基硫醇稳定的金纳米粒子的二维自组织

报道一种由硫醇稳定的小尺寸金纳米粒子形成的二维六方密堆积有序结构,这种结构是通过将含有金纳米粒子的甲苯溶胶滴在平整基底上而自发形成的。金纳米粒子主要是利用相转移试剂4－辛基溴化铵将金氯酸根离子从水相转移至甲苯有机相中,然后以硼氢化钠作为还原剂将其还原后得到的,在加入还原剂之前,先将一定量的1－壬烷基硫醇加入有机相中作为稳定剂,以此来调控金纳米粒子的成核和生长速度,从而达到制备目标尺寸金纳米粒子的目的。紫外－可见（UV）、红外光谱（IR）和X射线光电子能谱（XPS）表征结果表明了硫酸包裹的金纳米粒子的生成,透射电子显微镜（TEM）表征进一步证实了金纳米粒子的尺寸及由其构成的二维六方密堆积有序结构。     

金纳米粒子对成骨细胞MC3T3-E1增殖、分化和矿化功能的影响

研究了金纳米粒子(Au NPs)对成骨细胞系MC3T3-E1的增殖、分化及矿化功能的影响. 结果表明, 浓度为1.5×10⁻⁴, 3.0×10⁻⁵, 1.5×10⁻⁵ ?mol•L⁻¹的20和40 nm金纳米粒子均促进MC3T3-E1细胞的增殖、分化及其矿化功能, 呈现出了剂量和时间的依赖关系. 逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)结果表明, 20和40 nm的金纳米粒子促使runt相关转录因子2(Runx2)、骨形成蛋白2(BMP-2)、碱性磷酸酶(ALP)和骨钙素(OCN)基因的表达上调, 而且表达量高于加NaF的阳性对照组. 研究结果显示, 金纳米粒子能够促进MC3T3-E1细胞的成骨分化及其矿化功能. 而且, 不同粒径的金纳米粒子对MC3T3-E1细胞的增殖、成骨分化及其矿化功能的影响有所不同. Runx2, BMP-2, ALP和OCN 4种基因之间相互影响, 从而刺激了MC3T3-E1细胞的成骨分化.     

氨基化单分散超顺磁荧光PGMA多功能微球制备

通过分散聚合法制备微米级单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)微球, 并对其进行氨基改 性, 随后在微球内部原位沉积合成磁性纳米粒子, 溶胀渗入量子点, 最终制备了氨基化、微米级、单分散、超顺磁、荧光复合多功能聚合物微球. 通过扫描电子显微镜(SEM)观察微球表面形貌, 并计算平均粒径及变异系数, 结果显示微球平均粒径为1.42 μm, 变异系数3.8%. 傅里叶红外光谱仪(FTIR)表征证明PGMA微球成功引入氨基. X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)分析表明原位生成了磁性纳米粒子, 微球具有超顺磁性. 荧光显微镜观察到多功能微球具有较强荧光强度. 紫外灯照射下磁分离实验表明微球兼具磁性和荧光. 所合成的多功能微球有希望应用于生物分离、生物成像、生物标记和荧光检测等领域.     

多模态成像引导的光热抗肿瘤联合疗法研究进展

光热疗法(PTT)是一种借助光热试剂将特定波长激光的光能转化为热能,通过局部组织热效应来治疗癌症的方法.因其具有高肿瘤消融效率、对正常细胞的毒副作用小等优点,引起了人们的广泛关注.近年来,大量低毒性、高生物相容性、高光热转换效率的光热试剂被开发.单一PTT虽可杀死癌细胞,但因其可视化程度低、高热过程难以控制,且极易造成癌症二次复发和转移,严重限制了其发展.因此发展具有多模态成像结合癌症治疗方法的光热诊疗纳米平台具有重要的意义.本文综述了近年来多模态成像引导的光热抗肿瘤联合诊疗的最新进展,包括PTT相关的癌症诊断(热成像、光声成像、光致发光成像、磁共振成像、X射线计算机断层扫描成像、正电子发射断层扫描成像等),以及PTT与其他癌症治疗方法(光动力疗法、化学药物疗法、免疫疗法、放射疗法、声动力疗法等)结合的策略.此外,就目前光热诊疗纳米平台所面临的挑战和未来的前景进行了深入分析和展望.     

核酸适配体功能化的脂质体负载上转换颗粒用于肿瘤靶向成像

核酸适配体是一类能够与靶标物高特异性地结合的寡核苷酸序列,可作用于金属离子、小分子化合物、蛋白质及细胞等.由于对靶标物具有高选择性,核酸适配体可赋予递送体系靶向特异性,同时增加递送药物及成像试剂在肿瘤组织内的富集,在分子诊断和体内靶向治疗等生物医学领域具有很大的应用潜能.本文基于聚丙烯酸(PAA)修饰的NaYF4:Yb/Er/Nd@NaYF4:Nd上转换纳米颗粒(UCNPs-PAA),将其封装于AS1411核酸适配体修饰的脂质体(Apt-Lip)中,构建了一种近红外(NIR)光激发的光学成像及靶向识别的UCNPs@Apt-Lip多功能纳米平台.透射电子显微镜、水合粒径、Zeta电势及共聚焦实验图表明成功制备了具有独特的核@空腔@壳构造的纳米体系.流式细胞仪和靶向细胞荧光共聚焦成像实验结果表明UCNPs@Apt-Lip材料对人乳腺癌细胞具有很强的靶向识别及荧光成像的能力.该多功能纳米平台具有上转换发光成像的可动核心,中空内腔和靶向壳层等独特性能,有望推动其在光催化纳米反应器、药物输送、肿瘤治疗等领域的发展.     

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.     

金钯不对称纳米结构合成及其表面增强拉曼光谱

金钯双金属纳米结构由于独特的光学-催化协同耦合性质而受到广泛关注,在太阳能转化存储、多相催化、光电器件、生物成像、医学诊疗等领域展现出重要的应用价值.但具有协同性质的金钯纳米材料的合成制备仍然面临巨大挑战.本研究发展了溶液和固体表面上制备金钯纳米结构的两种方式.在金纳米棒种子溶液中,通过调控铜离子的浓度,制备了具有不对称钯分布的金钯凹角长方体和哑铃型纳米结构.研究揭示铜离子可以竞争吸附到金纳米棒表面,调控钯沉积到金棒表面的界面能,诱导钯在金棒表面的成核生长逐渐由外延生长向不连续分散生长模型转换,最终实现了金钯不对称纳米结构的制备.在固体表面介导的合成中,以固体表面支持的自组装金八面体单层为种子,通过控制生长溶液中的钯含量,制备了一系列不同钯负载量的金钯纳米结构.实验揭示由于固体表面的位阻效应,钯优先在背离固体基底的金八面体表面上成核生长,因此制备的金钯纳米结构具有不对称性.通过不同钯负载量下金钯纳米结构表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)的研究,获得了具有最优SERS性能的金钯异质组装基底结构,并实现了该基底催化对硝基苯硫酚加氢反应过程的原位SERS监测.预期本研究发展的金钯不对称纳米结构合成方法将在多相催化等领域发挥重要作用.