聚乙二醇修饰氧化钨纳米探针的合成及用于胃肠道CT成像

随着现代医学以及纳米科技的发展,聚乙二醇修饰的纳米探针在分子成像领域引起了广泛关注,在胃肠道疾病的诊断和预后中发挥了重要作用。本研究构建了基于过渡金属氧化物的聚乙二醇修饰氧化钨纳米探针(PEG-WO_(3-x)),用于胃肠道疾病CT成像分析。首先通过高温溶剂热方法合成氧化钨纳米探针,用聚乙二醇修饰以提高其在水中的分散性及稳定性。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)和红外光谱等对合成的PEG-WO_(3-x)进行了表征,通过组织病理学方法评价其在大鼠体内的毒性。结果表明,PEG-WO_(3-x)具有较低的体内毒性。考察了PEG-WO_(3-x)体外以及大鼠体内的螺旋CT成像效果,结果表明,PEG-WO_(3-x)具有良好的胃肠道CT成像能力。PEG-WO_(3-x)在螺旋CT对胃肠道疾病的诊断中具有良好的应用前景。     

基于共轭聚合物的纳米粒子用于肿瘤的近红外二区荧光成像及光热治疗

为提高生物组织荧光成像质量以及对肿瘤的高效光热治疗,设计合成了一种新型的窄带隙共轭聚合物(BDT-TTQ),并通过纳米沉积的方式将聚合物制备成水溶性纳米粒子(BDT-TTQ NPs).该共轭聚合物纳米粒子在1000~1200 nm近红外二区范围具有较好的吸收,在1064 nm的激发光下能实现1200~1400 nm的近红外二区荧光成像. BDT-TTQ NPs纳米粒子粒径分布较窄,形貌呈规则的球形且分散均匀,具有好的生物相容性.该纳米粒子既可以在体外实现较高的近红外二区荧光成像穿透深度,又可以实现对小鼠活体血管的高清晰度的近红外二区荧光成像.此外,BDT-TTQ NPs纳米粒子在1064 nm激光下展现出优异的光热转换效率,具有较高的光毒性,对体外的肿瘤细胞以及小鼠的异质瘤具有高的光热杀伤能力.     

Fe_2O_3@Au双模态纳米粒子在生物成像中的应用

首先优化共沉淀法合成Fe_2O_3内核,然后利用交互盐酸羟胺还原法在Fe_2O_3内核上覆盖Au壳,得到粒径小于30nm的Fe_2O_3@Au核壳结构纳米粒子。使用紫外-可见(UV-Vis)光谱、透射电镜(TEM)及能谱仪(EDS)等方法对Fe_2O_3@Au纳米粒子进行表征,通过MTT法分析细胞毒性。利用核磁共振成像(MRI)及电子计算机X射线断层扫描(CT)造影成像对其性能进行表征。结果表明:5次包Au获得Fe_2O_3@Au纳米粒子的Au与Fe_2O_3摩尔比是1.07∶1,平均粒径为26.22±4.14nm,UV-Vis光谱吸收峰为521nm,0.72nmol/L纳米粒子与SW620人结直肠癌细胞作用24h之后,相对细胞活率高于对照组。驰豫效率为83.75L/(mmol·s),X射线吸收系数比碘高93%,将Fe_2O_3@Au纳米粒子应用于小鼠活体成像实验,结果表明Fe_2O_3@Au对小鼠肿瘤部位的MRI和CT信号均有较好的增强效果。     

寡聚芴纳米粒子的制备、表征与细胞成像应用

利用Suzuki偶联反应合成了疏水性寡聚芴分子OF, 并对其在氯仿溶液中的紫外吸收和荧光光谱进行了表征, 表明其具有较大的摩尔吸光系数(1.08×10⁵ mol^-1·L·cm^-1)和高荧光量子产率(96%). OF分子分散到水中可形成纳米粒子, 动态光散射实验表明其粒径大小约为230 nm. 该纳米粒子在水相中仍保持了较大的摩尔吸光系数以及高的荧光量子产率. 我们利用MTT的方法对OF纳米粒子对人肺癌A549细胞的毒性进行了测试, 结果表明其具有低的细胞毒性, 因此可以用于细胞成像. 共聚焦激光扫描显微镜成像结果显示OF纳米粒子主要分布在细胞质中, 特别是在近核区域周围. 与溶酶体染料Lyso Tracker Red共定位结果表明OF纳米粒子主要存在于溶酶体中, 因此可以用于对溶酶体的特异性荧光成像.     

NaYF4∶Yb3+,Er3+@NaGdF4@TaOx多模态纳米探针的合成及其在生物成像中的应用

采用溶剂热法在稀土掺杂NaYF4∶Yb3+,Er3+上转换纳米粒子上包覆一层NaGdF4,再利用反相微乳液法在NaGdF4上覆盖一层TaOx,从而合成NaYF4∶Yb3+,Er3+@NaGdF4@TaOx核壳壳结构的纳米探针。使用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及X射线能量色散谱分析(EDS)对NaYF4∶Yb3+,Er3+@NaGdF4@TaOx纳米探针的结构和组成进行表征。并通过荧光光谱、磁滞回线以及电子计算机X射线横断扫描(CT)造影成像等方法对其性能进行了表征,证明该纳米探针具有良好的光学、磁学和CT造影特性。将NaYF4∶Yb3+,Er3+@NaG-dF4@TaOx纳米探针应用于小鼠活体成像实验,结果表明,这种纳米探针对小鼠肿瘤部位的磁共振成像(MRI)和CT信号均有较好的增强效果,表明其在多模态造影成像方面有潜在的应用前景。     

靶向髓过氧化酶的双模态探针分子的合成与表征

5-羟色胺(5-HT)对动脉粥样硬化斑块中巨噬细胞分泌的髓过氧化酶(MPO)具有靶向功能,通过酯化反应将5-HT接枝到两亲型聚合物聚衣康酸接枝聚乙二醇接枝十二胺(PIA-g-PEG-g-DDA)上,制备了具有靶向功能的两亲型聚合物(5-HT-g-PIA-g-PEG-g-DDA).采用配体交换法,将超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPION)包覆在该聚合物上制备具有磁性的纳米粒子(5-HT-g-PIA-g-PEG-g-DDA@SPION),通过静电力结合使其与碳点(CDs)结合,制备具有荧光成像和核磁造影成像的双模态探针的纳米粒子.采用动态光散射(DLS)及透射电子显微镜(TEM)分析了其粒径和形貌.采用荧光光谱仪与振动样品磁强计(VSM)测试证明该纳米粒子具备双模态成像功能.共聚焦成像(CLSM)的测试结果表明,该纳米试剂对动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞具有靶向性,MTT法的测试结果表明该探针分子具有良好的生物相容性.该双模态探针具有靶向性好、分辨率高及使用便捷的特点,是一种性能优异的双模态检测纳米试剂.     

氨基酸包覆的YVO4∶Eu纳米粒子的合成、 发光及细胞成像性能

以水为溶剂, 氨基酸为模板剂, 通过微波辅助水热方法合成了YVO₄∶Eu纳米粒子. 该纳米粒子具有结晶化程度高、 稳定性好及尺寸小(<50 nm)等特点, 且在水中具有良好的分散性. 探究了氨基酸加入量对纳米粒子结构及形貌的影响, 并将该合成方法用于其它稀土钒酸盐. 在紫外光激发下, YVO₄∶Eu纳米粒子表现出优异的荧光性能(发射明亮的红光), 可将其与柔性聚合物复合用于简易的三维(3D)图像显示. 此外, YVO₄∶Eu纳米粒子还可作为荧光探针用于标记小鼠结肠癌细胞(CT26细胞).     

PSI-g-PEG-DDA对油溶性超顺磁性氧化铁纳米粒子的包覆及对肿瘤核磁造影成像的研究

天冬氨酸(ASP)自身热缩聚产物聚琥珀酰亚胺(PSI)通过与氨基化聚乙二醇单甲醚(α-胺基-ω-甲氧基-聚乙二醇)和十二胺(DDA)进行连续两步开环反应,制备了双亲性蜈蚣形聚合物聚琥珀酰亚胺接枝聚乙二醇与十二胺(PSI-g-PEG-DDA).随着改变疏水链段DDA的接枝比例,通过胶束粒径的变化确定了最佳的接枝比例.核磁共振波谱(1H-NMR)及凝胶渗透色谱(GPC)对聚合物的性质进行了表征.通过相转移法,聚合物对油溶性超顺磁性氧化铁纳米粒子进行包覆,制备了新型的水溶性超顺磁性氧化铁纳米粒子(PSI-g-PEGDDA@IONPs).动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)对新型的水溶性氧化铁纳米粒子的粒径与形貌进行了表征.体外T2核磁造影成像(MRI in vitro)确定了制备的氧化铁纳米粒子的R2质子驰豫率.肝癌小鼠模型的体内核磁造影成像(MRI in vivo)结果表明新型氧化铁纳米粒子对肿瘤部位有明显的T2核磁造影增强效应,并有很长的体内循环半衰期.以上实验结果表明,新型的水溶性纳米氧化铁粒子可以作为一种潜在的用于肿瘤检测的核磁造影剂.     

一种光功能有机纳米粒子的制备及细胞毒性评价

合成了一种具有双光子荧光探针功能的有机纳米粒子2,5,2',5'-(4'-N,N-二苯胺苯乙烯基)联苯(DPA-TSB), 并研究其细胞毒性. 利用水溶性四氮唑(WST-1)法、 乳酸脱氮酶(LDH)法和流式细胞术检测了胃癌细胞吞噬纳米粒子后的生理活性. 研究结果表明, 在纳米粒子浓度小于12 μg/mL时, 胃癌细胞仍表现出较好的生理活性, 表明该纳米粒子是一种具有较好生物安全性的光功能有机纳米粒子.     

荧光增强核壳结构NaYF_4:Yb,Er@NaGdF_4@SiO_2@Ag上转换荧光纳米粒子的制备与性能

通过热分解法合成了NaYF_4:Yb,Er油溶性上转换荧光纳米粒子,并以NaYF_4:Yb,Er为晶种制备了核壳结构的NaYF_4:Yb,Er@Na Gd F4荧光纳米粒子,经荧光测试纳米粒子的荧光性能提高了8倍。用反相微乳液法在纳米粒子表面包覆了一层Si O2-(CH2)3-NH2,有效地改善了纳米粒子的水溶性。在Si O2表面沉积Ag纳米粒子,通过贵金属纳米粒子表面等离子共振效应进一步增强了复合纳米粒子的荧光性能,经测试纳米粒子荧光性能又提高了8倍。通过小鼠体内成像实验,发现所合成的纳米粒子生物体内具有较强荧光成像功能。试验中还发现表面活性剂Igepal CO-520和TEOS对包覆层形貌有着重要的影响。     

Ag∶InP/ZnSe纳米晶的合成与生物成像

采用高温热注入法, 以P[N(CH3)2]3为磷源合成了具有近红外荧光的Ag∶InP/ZnSe纳米晶. 采用紫外|可见|近红外吸收光谱(UV|Vis|NIR)、 荧光光谱、 透射电子显微镜(TEM)、 X 射线衍射(XRD)等对产物的结构和光学性质进行了表征, 并分析了Ag掺杂浓度和温度对InP纳米晶荧光性能的影响. 通过调节Ag掺杂浓度和反应温度, 发现当Ag掺杂量为6%, 反应温度为200 ℃时, Ag∶InP纳米晶的发光效率最高. 将制备的Ag∶InP的表面包覆ZnSe, 粒子的荧光效率从原来的20%提高到45%. 将具有近红外荧光的Ag∶InP/ZnSe纳米晶应用于细胞成像, 结果表明制备的荧光纳米晶在细胞成像中清晰可见且毒性较低.     

Ag∶InP/ZnSe纳米晶的合成与生物成像

采用高温热注入法,以P[N(CH_3)_2]_3为磷源合成了具有近红外荧光的Ag∶InP/ZnSe纳米晶.采用紫外-可见-近红外吸收光谱(UV-Vis-NIR)、荧光光谱、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等对产物的结构和光学性质进行了表征,并分析了Ag掺杂浓度和温度对InP纳米晶荧光性能的影响.通过调节Ag掺杂浓度和反应温度,发现当Ag掺杂量为6%,反应温度为200℃时,Ag∶InP纳米晶的发光效率最高.将制备的Ag∶InP的表面包覆ZnSe,粒子的荧光效率从原来的20%提高到45%.将具有近红外荧光的Ag∶InP/ZnSe纳米晶应用于细胞成像,结果表明制备的荧光纳米晶在细胞成像中清晰可见且毒性较低.     

CT成像纳米探针设计及应用

X射线计算机断层扫描技术(X-ray computed tomography,CT)是目前临床医学诊断中最为重要的工具之一.临床使用的CT造影剂主要是一些有机碘类小分子,但是这类小分子造影能力有限、体内循环时间短,极大地限制了CT成像技术在疾病诊断中的应用.相比之下,CT成像纳米探针不仅极大地提升了造影能力,同时具有更好的生物相容性和更长的体内循环时间.更重要的是,其表面易修饰特性有助于多功能成像探针的构建.本文针对近年来CT成像纳米探针的设计及应用进行了简要介绍,并展望了其未来的发展方向.     

叶酸修饰的具有靶向功能的Mn_3O_4造影剂的制备及其在核磁共振成像中的应用

通过高温热解的方法制备出Mn3O4纳米粒子,再利用正硅酸四乙酯(TEOS)包硅改善其水溶性和稳定性,通过加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)使纳米粒子表面接入大量氨基,最后再连接增加磁性纳米粒子生物相容性的有机分子聚乙二醇(PEG)和靶向分子叶酸(FA),得到Mn3O4靶向造影剂.体外实验表明,该造影剂具有低的细胞毒性,并对宫颈癌细胞具有较好的磁共振增强成像效果以及主动靶向作用.     

选择性作用于肿瘤的锰-dpa修饰的硅纳米颗粒

磁共振成像是临床上常用的无侵入性肿瘤早期诊断手段.锰作为人体必须的微量元素之一,具有较好的生物化学效应,顺磁性锰配合物已成为非钆基造影剂发展新方向.我们近期研究发现二吡啶甲基胺类配体锰配合物可以抑制肿瘤细胞增殖,说明这类锰配合物保留了锰离子的识别特征,可以以相同的途径进行转运.由于锰离子通过转铁蛋白运输进入线粒体内,而转铁蛋白在肿瘤细胞含量高于正常细胞,因此经转铁蛋白转运的锰配合物对肿瘤细胞的识别能力高于正常细胞,具有一定的靶向性.降低造影剂的用量来降低其对生物体的毒性已成为人们研究造影剂的共识,而把造影剂制备成纳米级成为降低其用量和降低其毒性的一个重要手段.为增加纳米粒子对肿瘤细胞的靶向性,我们设计、制备了一种水溶性Mn(Ⅱ)-dpa(dpa=二吡啶甲基胺)修饰硅纳米粒子.红外光谱、紫外光谱数据显示表面修饰的二吡啶甲基胺配体锰配合物的存在,ICP测试结果表明锰离子的含量为3.25%.透射电镜数据显示Mn(Ⅱ)-dpa修饰的硅纳米粒子粒径在60～70nm.这种水溶性纳米粒子经腹腔注射后能选择性作用于肿瘤细胞,34～120min内显著提高大鼠体内腋下肝癌的磁共振成像度.进一步体外实验表明Mn(Ⅱ)-dpa修饰的硅纳米粒子能促进钙离子引起的线粒体肿胀.肿瘤细胞线粒体对钙离子的吸收能力大于正常细胞,能调节线粒体钙离子吸收的Mn(Ⅱ)-dpa修饰的硅纳米粒子可能通过细胞内钙信号相关的线粒体途径选择性聚集于肿瘤细胞,成为主动肿瘤靶向性磁共振成像造影剂.研究结果说明具有一定肿瘤靶向性的(Mn(Ⅱ)-dpa)配合物修饰的硅纳米粒子可成为研制肿瘤靶向性诊断剂的新途径.     

pH敏感性叶酸修饰羧甲基壳聚糖纳米粒子作为紫杉醇载体的研究

将活化的叶酸分子连接到O-羧甲基壳聚糖(O-CMCS)上.以CaCl2为交联剂,通过离子交联法制备叶酸修饰的O-CMCS纳米粒子(FCC NPs),并开展了从FCC NPs作为抗癌药物紫杉醇(PTX)载体的研究.结果表明:FCC NPs呈球形,粒子大小约190 nm,对PTX的载药量和包封率均受PTX加入量的影响.该纳米粒子对药物的释放具有较好的pH敏感性,能够增强PTX在癌细胞处的富集.同时,该纳米粒子无细胞毒性,纳米粒子表面由于叶酸的存在使其具有较好的细胞靶向性,且载药纳米粒子对癌细胞生长具有良好的抑制作用.     

纳米材料生物效应及其毒理学研究进展

纳米科学与信息科学和生命科学并列, 已经成为21世纪的三大支柱科学领域. 由于纳米材料独特的物理化学性质, 纳米尺度及纳米结构的材料乃至器件, 已逐渐走出实验室, 进入人们的生活. 这些具有独特物理化学性质的纳米材料, 对人体健康以及环境将带来的潜在影响, 目前已经引起科学界, 乃至政府部门的广泛关注. 文中分析综述了几种纳米材料(纳米TiO₂、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管及超细铁粉)目前已取得的部分生物效应及毒理学的研究结果, 包括纳米材料在生物体内的分布、作用的靶器官、纳米材料引起的细胞毒性、细胞凋亡等. 文中还评价了纳米颗粒的生物毒性. 纳米颗粒的尺寸越小, 显示出生物毒性的倾向越大; 尽管碳纳米管是由石墨层卷成的圆筒, 但是根据石墨的安全剂量来外推碳纳米管的安全剂量是不可行的, 碳纳米管的生物毒性远大于石墨粉; 表观分子量高达60万的水溶性纳米碳管, 在小鼠体内却显示出小分子的生理行为; 一种正在研究的磁性纳米颗粒在动物体内显示出迅速团聚、堵塞血管等现象. 纳米材料在生物体内呈现出的这些生理现象, 仅利用现有的知识尚无法解释. 最后还介绍了纳米物质生物效应(包括毒理学, 安全性)研究的部分实验方法; 展望了该新领域今后的发展方向和亟待研究的重要问题.     

超小金纳米簇用于荧光及CT双模态成像的研究

基于金纳米簇强烈的量子限制效应（strong quantum confinement effect,SQCE）,采用一步合成法,制备了同时具有高效近红外荧光与CT双模态成像能力的超小金纳米簇.实验表明,通过优化合成比例以及合成条件,所合成的超小金纳米簇具有很大的斯托克斯（Stokes）位移、较高的荧光强度和X射线吸收效率.除此之外,该超小金纳米簇具有良好的单分散性、稳定性和生物相容性.4T1肿瘤细胞荧光成像实验结果表明,该纳米粒子可被肿瘤细胞快速、高效地摄取.     

pH值响应的共轭聚合物纳米粒子的制备、表征与细胞成像研究

共轭聚合物纳米粒子（CPNs）因其高荧光亮度、低毒性、表面易修饰的特性,近年来在生物材料和生物医药领域备受关注。本论文中我们设计、合成了一种新的pH 值响应共轭聚合物（PFPA）,并通过纳米沉淀方法制备了其纳米粒子。动态光散射实验表明PFPA纳米粒子在水中分散性较好,其粒径约为8 nm。 PFPA纳米粒子的最大吸收峰为379 nm,其摩尔吸光系数为2.1×10⁶ L·mol -1·cm -1;另外该纳米粒子的荧光最大发射峰为422 nm,其荧光量子产率为35%。PFPA纳米粒子在汞灯（100瓦）照射下表现出较好的光稳定性,另外MTT实验表明其具有较低的细胞毒性。该纳米粒子具有pH响应的光学特性,并可以用于活细胞成像。PFPA纳米粒子在癌症诊断、药物与基因传递等方面具有潜在的应用价值。     

磁粒子成像示踪剂的研究进展

磁粒子成像是基于功能和断层影像技术检测磁性纳米粒子空间分布的示踪方法, 具有正向的对比信号、 较低的组织背景、 无限的组织穿透深度、 非侵入性成像以及无电离辐射等优点, 是近年来一种很有前途的生物医学成像技术. 磁粒子成像信号是通过在无场点切换磁性纳米粒子的磁自旋矢量来产生的. 磁粒子成像的灵敏度和空间分辨率都高度依赖于作为磁粒子成像示踪剂的磁性纳米粒子本身的磁性能, 因此目前的研究主要集中在磁性纳米粒子的设计和合成上. 本文重点介绍了磁粒子成像示踪剂的最新研究进展, 总结了可作为磁粒子成像示踪剂的磁性纳米粒子的种类、 合成方法、 性能以及生物医学应用, 以期为磁粒子成像的未来研究提供参考.