用于肿瘤综合治疗的无机纳米材料

无机纳米材料以其独特的纳米特性,在以肿瘤为代表的多种疾病的诊疗一体及综合治疗中具有越来越广泛的应用。本文重点关注该领域代表性的三类材料：超顺磁性氧化铁纳米粒、上转换纳米粒以及贵金属纳米粒,它们分别具有优异的磁学性能、光学性能及热性能,归纳总结了它们在体外检测、活体成像、药物输送以及靶向治疗等方面的应用及其优势与劣势,希望为发展生物相容性更好、诊疗效果更佳的无机纳米材料提供更好参考和建议,促进无机纳米材料的临床转化。     

稀土基多模态纳米造影剂的最新研究进展

基于稀土元素特殊的电子结构、独特的光电磁性质及相对大的原子序数,近年来,多领域的科学家们将研究热点聚焦到稀土基纳米造影剂的理性合成及生物医学成像的相关研究上.长久以来,稀土元素的4f电子赋予其构建荧光探针的本能,稀土掺杂的上转换纳米材料已被广泛应用于荧光成像.因存在大量未配对的4f电子,钆离子修饰的纳米探针及基于钆的纳米材料常用于T_1加权磁共振成像.由于稀土元素相比碘元素具有更高的原子序数和更强的X射线衰减系数,稀土基纳米材料可用于X射线及X射线断层摄影术(CT)成像.本文将针对近年来稀土基多模态纳米造影剂的开发与应用进行介绍,综述其在生物医学领域的研究进展.     

体内自组装多肽纳米材料及其在肿瘤诊疗中的研究进展

多肽纳米药物由于具有易于设计改造、良好的靶向性、生物相容性和较长的血液循环时间等优势,在生物医学与肿瘤诊疗中具有巨大的潜力.近年来,利用肿瘤微环境原位构建多肽纳米材料的策略已被广泛研究,本文综述了多肽纳米材料通过不同的刺激响应(pH、酶和氧化还原等)实现体内自组装,从而对肿瘤的诊断与治疗产生的积极效果.重点阐述了不同的刺激响应型自组装多肽纳米材料的设计合成及其在肿瘤诊疗中的应用,如对于药物递送系统中的药物富集、渗透和内吞等过程的增强作用,同时简单介绍了其在生物成像上的应用,最后对体内自组装多肽纳米材料的未来发展进行了展望.     

稀土纳米材料在高分辨活体成像及诊疗中的应用

荧光成像具有时空分辨率高、 反馈快、 非侵入和无电离辐射等优点, 是一种重要的生物成像技术. 与传统用于荧光成像的可见光和近红外一区(NIR-I, 600~950 nm)相比, 近红外二区(NIR-Ⅱ, 1000~1700 nm)窗口具有低生物组织散射系数和低生物自发荧光, 采用NIR-Ⅱ光进行活体荧光成像能有效提高成像的分辨率、 信噪比和穿透深度. 稀土纳米颗粒(RENPs)具有大斯托克斯位移、 高化学稳定性、 可调的荧光寿命以及较窄的发射带, 是一种重要的荧光成像探针. 近年来, 一系列具有优异的NIR-Ⅱ发光性能的稀土纳米材料被用于高分辨活体荧光成像. 本文综合评述了近年来RENPs用于高分辨活体成像及诊疗中的研究进展, 概述了RENPs的掺杂调控、 基质晶格选择和复合敏化等NIR-Ⅱ发光增强策略, 介绍了其在多种生物医学场景中的靶向聚集、 荧光传感和疾病治疗等功能, 并总结了其在多路成像、 多模态成像和疾病诊疗中的应用. 最后, 简要分析了RENPs在未来生物医学应用中面临的挑战和发展的方向.     

硅基纳米探针用于眼部疾病的成像检测与治疗

快速精准的诊断和高效的治疗对于减轻眼部疾病造成的危害至关重要. 在过去的几十年里, 由于具有尺寸小、 比表面积大、 表面易修饰及独特的光/电子/机械性能等优点, 纳米材料已被用于构建不同种类的高性能纳米探针. 其中, 基于其良好的生物相容性, 科学家们已经将硅纳米材料设计为可用于不同眼部疾病诊断与治疗的功能化纳米探针. 本综述主要概述了将硅基纳米探针用于检测和治疗不同眼部疾病(如角膜疾病、 视网膜疾病、 青光眼等)的近期研究进展. 首先, 重点介绍了硅基纳米探针的设计制备及在角膜新生血管、 细菌性角膜炎等角膜疾病的成像检测与治疗中的应用; 然后, 介绍了用于成像检测和治疗视网膜疾病(如色素性视网膜炎和视网膜新生血管)的硅基持续性给药系统的研究成果; 随后, 概述了多功能硅基纳米载药系统的构建及在青光眼治疗领域的应用研究进展; 最后, 简要讨论了将硅基纳米探针用于眼部疾病诊治面临的挑战并对未来的发展前景进行了展望.     

病毒模板合成的金属纳米材料及应用

金属纳米材料具有界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等优异的性能及广泛的应用前景,在目前的研究中备受关注。常用于合成纳米材料的生物模板包括DNA、蛋白质、细菌、真菌、病毒等。而以病毒模板合成的金属纳米材料具有良好的稳定性、分散性及生物相容性,其在催化、光学、电学、磁学、化学。超导等领域有优异的表现。首次利用病毒模板合成金属纳米材料以来,经历了二十年发展历程,合成和分析技术日趋成熟,现由体外应用转向活体靶向成像及诊疗一体化方向发展。本文综述了各类病毒模板合成金属纳米材料合成位置(病毒腔内、外)、合成原理、合成方法、合成影响因素、材料表征,及合成材料在纳米催化、纳米电池、生物医学及医学影像学等领域应用的最新进展,在此基础上展望了研究中尚待解决的问题和未来研究方向。     

动态变构纳米组装体的设计、合成及生物医药应用

纳米技术对生物医药学的发展具有重要的推动作用.如何构建新型纳米材料,实现其在疾病部位生物功能的最优化,是当今纳米生物医药领域的关键问题.智能型纳米组装体作为一类能够在特定刺激下发生响应性功能转变的纳米材料,在该领域中受到了极大的关注.尤其是在肿瘤等疾病的诊断与治疗中,结合肿瘤微环境特征,设计与合成能够根据体内过程调整结构的动态变构纳米组装体,以达到成像信号放大、治疗效果增强以及安全性提升的目的,为建立智能化诊疗方案提供了新策略.本文主要讨论了纳米组装体的常用制备策略,集中探讨了对内源性刺激响应(pH、酶、氧化还原等)的动态变构纳米组装体在肿瘤诊疗中的应用.     

LDHs生物医学复合材料的制备及其在药物输送和诊疗方面的应用

生命科学是关乎人类健康的重要研究领域.基于无机纳米材料为载体的生物无机材料推动了生命科学的发展.水滑石(LDHs)作为一种二维无机纳米材料,具有层板金属离子种类和比例可调控以及层间可插层的特性,近年来在生物医学领域受到广泛关注.本文重点介绍了水滑石纳米复合材料的物理化学结构、作为基因/药物载体的应用,以及在新型诊疗一体化复合材料领域的应用和优势.此外,通过细胞和活体实验,进一步探讨了水滑石纳米复合材料的细胞输运机制、诊断成像以及肿瘤治疗效果,并展望了水滑石纳米复合材料在生物医学领域的发展前景.     

水滑石基催化剂催化合成碳纳米材料的研究进展

碳纳米材料是一类推动能源存储、 多相催化、 高性能复合和生物医药等领域发展的重要材料, 可控合成碳纳米材料对相关领域的发展具有重要意义. 水滑石(LDHs)材料具有层板金属种类及含量可调等特点, 经焙烧、 还原后可制备出金属种类、 密度和粒径分布各异的高分散、 高稳定金属纳米催化剂, 可实现高效催化生长各种类型的碳纳米材料. 此外, 通过调控反应条件和反应器等, 可以影响LDHs基金属纳米催化剂催化生长的碳纳米材料的结构和性能. 本文总结了LDHs基金属纳米催化剂的可控制备、 碳纳米材料结构调控以及利用LDHs基催化剂制备的碳纳米材料的应用等方面的研究工作, 并阐明了催化剂的可控制备是控制合成碳纳米材料的核心手段, 这为利用LDHs基催化剂进一步合成更高性能碳纳米材料的研究指明了方向. 此外, 本文还结合近些年在光、 电及光热催化方面的研究进展, 展望了基于新型LDHs纳米结构生长碳纳米材料的研究前景.     

贵金属纳米团簇的制备及在生物检测中的应用

介绍了贵金属纳米团簇(noble metallic nanoclusters, NMNCs)的研究现状及其作为一种新型荧光标记纳米材料在生物检测中的重要作用。重点总结了贵金属纳米团簇的优异性质、三种常用的制备方法(模板法、单分子层保护法和蚀刻法)及其近年来在生物传感器、生物探针、细胞标记及成像等领域的应用进展。简要评述和展望了贵金属纳米团簇的发展方向和应用前景。     

Two-dimensional transition metal chalcogenide nanomaterials for cancer diagnosis and treatment

For more than a decade, the exfoliation of graphene and other layered materials has led to a tremendous amount of research in two-dimensional (2D) materials, among which 2D transition metal chalcogenides (TMCs) nanomaterials have attracted much attention in a wide range of applications including photoelectric devices, lithium-ion batteries, catalysis, and energy conversion and storage owing to their unique photoelectric physical properties. With such large specific surface area, strong near-infrared (NIR) absorption and abundant chemical element composition, 2D TMCs nanomaterials have become good candidates in biomedical imaging and cancer treatment. This review systematically summarizes recent progress on 2D TMCs nanomaterials, which includes their synthesis methods and applications in cancer treatment. At the end of this review, we also highlight the future prospects and challenges of 2D TMCs nanomaterials. It is expected that this work can provide the readers with a detailed overview of the synthesis of 2D TMCs and inspire more novel functional biomaterials based on 2D TMCs for cancer treatment in the future.     

MOFs传感器在癌症及其生物标志物检测中的应用

癌症是世界上最致命的疾病之一,因此癌细胞的有效捕获和敏感检测对基础研究以及临床诊断和治疗都具有重要意义。基于金属有机骨架(MOFs)的催化活性和固有的发光性能等特点,MOFs已被成功地开发为传感平台实现对癌症及其标志物的检测。综述了基于MOFs的电化学、荧光、电化学发光、比色传感器在癌细胞及核酸、蛋白质等生物标志物检测中近3年的研究进展,从MOFs材料,检测物类型,检测方法、检测能力等方面进行了综述,并对各自的特点进行了讨论,对以后MOFs纳米材料在癌症检测中的应用进行了展望。     

外光驱动的纳米材料和器件的研究进展

近红外光由于具有良好的生物组织穿透性且对组织几乎无损伤等优点, 在生物医学领域展现了光明的应用前景。进入生物体内的近红外光要发挥诊疗作用, 其前提是需要可吸收/转换近红外光的纳米材料或器件。本文综述了近红外光驱动的纳米材料和器件的研究进展, 主要包括稀土上转换发光纳米材料、980 nm激光驱动的发电机以及光热转换纳米材料, 重点介绍了它们的生物应用进展;最后指出了目前存在的问题和发展方向。     

近红外光驱动的纳米材料和器件的研究进展

近红外光由于具有良好的生物组织穿透性且对组织几乎无损伤等优点,在生物医学领域展现了光明的应用前景。进入生物体内的近红外光要发挥诊疗作用,其前提是需要可吸收/转换近红外光的纳米材料或器件。本文综述了近红外光驱动的纳米材料和器件的研究进展,主要包括稀土上转换发光纳米材料、980 nm激光驱动的发电机以及光热转换纳米材料,重点介绍了它们的生物应用进展;最后指出了目前存在的问题和发展方向。     

核酸适体-纳米材料复合物用于癌症的诊断与靶向治疗研究进展

因具有独特的光、电、磁、热等优异性能,纳米材料已被广泛应用于生物分析与生物医学领域。核酸适体是一类能够高亲和力和高特异性地与靶标结合的寡核苷酸序列。将核酸适体作为识别单元与纳米材料相结合,可以构建核酸适体-纳米材料复合物。近年来,在肿瘤靶向治疗方面,核酸适体-纳米材料复合物受到了人们的广泛关注。通过纳米材料与具有特异性识别能力的核酸适体的结合,核酸适体-纳米材料复合物可以为癌症治疗提供一种更有效的、低毒副作用的新策略。本文综述了核酸适体-纳米材料复合物作为药物输送载体在癌症的特异性识别与诊断及靶向治疗方面的应用。除此之外,本文还总结了核酸适体-纳米材料复合物与其他新兴技术的有效结合从而提高选择性和癌症治疗效率的相关研究进展。     

One-dimensional and two-dimensional nanomaterials for the detection of multiple biomolecules

By utilizing nanomaterials including one-dimensional materials (1DMs) and two-dimensional materials (2DMs), the recent development for the determination of multiple biomolecules has been focused.     

One-dimensional and two-dimensional nanomaterials for the detection of multiple biomolecules

The complexity of biological samples determines that the detection of a single biomolecule is unable to satisfy actual needs. Moreover, the “false positives” results caused by a single biomolecule detections easily leads to erroneous clinical diagnosis and treatment. Thus, it is important for the homogenous quantification of multiple biomolecules in not only basic research but also practical application. As a consequent, a large number of literatures have been exploited to monitor multiple biomolecules in homogenous solution, enabling facilitating the development of the disease diagnosis, treatment as well as drug discovery. One-dimensional nanomaterials and two-dimensional nanomaterials have special physical and chemical properties, such as good electrochemical properties, stable structure, large specific surface area, and biocompatibility, which are widely used in electrochemical and fluorescent detection of biomolecules. This tutorial review highlights the recent development for the detection of multiple biomolecules by using nanomaterials including one-dimensional materials (1DMs) as well as two-dimensional materials (2DMs).     

Localized surface plasmon resonance properties and biomedical applications of copper selenide nanomaterials

Nanomaterials with localized surface plasmon resonance (LSPR) locating in the near-infrared region have broad application prospects in the field of biomedicine. However, the biggest problem that limits the biomedical application of such nanomaterials lies in two aspects: First, the potential long-term in vivo toxicity caused by the metabolism of many nanomaterials with LSPR effect; Second, most of current nanomaterials with LSPR effect are difficult to achieve LSPR wavelength tunability in the near-infrared region to adapt to different biomedical applications. Copper selenide nanomaterials are composed of selenium and copper, which are necessary nutrient elements for human life. Because of the active and flexible chemical properties of selenium and copper, copper selenide nanomaterials can not only be effectively degraded and utilized in human body, but also be endowed with various physicochemical properties by chemical modification or doping. Recently, copper selenide nanomaterials have shown unique properties such as LSPR in the near-infrared region, making them attractive for near-infrared thermal ablation, photoacoustic imaging, disease marker detection, multimode imaging, and so on. Currently, to the best of our knowledge, there is no review on the LSPR properties of copper selenide nanomaterials and its biomedical applications. This review first discusses the relationship between the physicochemical properties and the LSPR of copper selenide nanomaterials and then summarizes the latest progress in the application of copper selenide nanomaterials in biological detection, diagnosis, and treatment of diseases. In addition, the advantages, and prospects of copper selenide nanomaterials in biomedicine are also highlighted.     

Recent Progress in Two-dimensional Nanomaterials Following Graphene for Improving Fire Safety of Polymer (Nano)composites

The high fire safety of polymer nanocomposites is being pursued by research institutions around the world. In addition to intrinsic flame retardancy strategy, the additive-type flame retardants have attracted increasing attention due to low commercial cost and easy fabrication craft. However, traditional additive-type flame retardants usually need high addition amount to achieve a desirable effect, which causes many side-effects on the overall performance of polymer materials, such as deteriorated mechanical property and processability. At present, two-dimensional(2 D) nanomaterials have also been applied to reduce the fire hazards of polymer(nano)composites with the coupling of barrier function and catalysis as well as carbonization effect. Even though most research work mainly focus on graphene-based flame retardants, more emerging two-dimensional nanomaterials are taking away research attention, due to their complementary and unique properties, mainly including hexagonal boron nitride(h-BN), molybdenum disulfide(MoS_2), metal organic frameworks(MOF), carbon nitride(CN),titanium carbide(MXene) and black phosphorene(BP). In this review, except for graphene, the flame retardant mechanism involving different layered nanomaterials are also reviewed. Meanwhile, the functionalization method and flame retardancy effect of different layered nanomaterials are emphatically discussed for offering an effective reference to solve the fire hazards of polymer materials. Moreover, this work objectively evaluates the practical significance of polymer/layered nanomaterials composites for industrial application.     

稀土发光配合物在水溶液中的组装及生物成像研究

稀土配合物具有较窄的f-f跃迁光谱带、较长的荧光寿命及较大的Stokes位移等独特的发光性质,同时其优异的顺磁性,赋予其在生物检测、疾病诊断及生物学活动研究中的重要应用价值。然而,稀土配合物大多水溶解性差,且荧光容易被环境中水分子O-H键的热振动淬灭等,极大地限制了其在水溶液及生物体系中的应用。近年来有研究表明,将稀土配合物组装成有序的二维或三维纳米材料,能够有效地促进其在水溶液及生物环境中的分散并提高或稳定其发光。综述了近年来稀土配合物在水溶液及生物环境中的自组装及生物成像等应用研究进展,并探讨了基于稀土配合物组装体的应用潜力和相应挑战,为进一步研究稀土配合物在水溶液中的组装行为及生物成像功能提供了理论基础。