核酸功能化稀土基纳米材料在生物检测中的应用

体内一些生物分子和离子的水平通常与细胞、组织、器官等结构和功能的变化相关,从而直接影响到疾病的预防、诊断和治疗,因此对体内这些物质的生物检测在医疗和健康领域具有重要的意义.基于稀土基纳米材料构建的纳米荧光探针具有灵敏度高、简单高效、抗干扰能力强等优点,在生物检测方面具有巨大的潜力.对稀土基纳米材料的核酸功能化能够进一步为纳米荧光探针提供更好的特异性识别能力和生物相容性,从而增强其在复杂样品中的生物检测能力.本综述总结了核酸功能化的稀土基纳米材料作为纳米荧光探针在生物检测领域的研究进展,简要介绍了其主要种类和性能、检测机理及检测物质,最后对该领域面临的挑战及未来的发展方向进行了展望.     

近红外第二窗口稀土发光纳米探针设计及应用

近红外二区窗口(NIR-II, 1000～1700 nm)荧光成像是近年来新兴的一种活体成像技术,由于长波光子在生物组织内较低的散射、衰减以及自发荧光,成像分辨率和组织穿透深度得到了极大提高,这一研究领域目前受到了国际上的广泛关注.近红外第二窗口发光材料在生物医学领域显示出巨大的应用潜力,其中稀土纳米材料因具有较大的类斯托克斯位移、较窄的发射峰、良好的稳定性等独特优点,成为近红外第二窗口发光材料中备受瞩目的一类.本文介绍了近年来本课题组关于近红外第二窗口发光的稀土荧光纳米探针的设计和应用的最新研究进展,最后对该类探针面临的挑战和发展方向进行了简要的总结和展望.     

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.     

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.     

同步辐射X射线成像技术在纳米探针细胞成像中的应用

纳米探针在肿瘤的高灵敏成像和高效治疗可视化方面具有重要的应用前景.通过细胞原位成像技术揭示纳米探针与细胞间的相互作用将为其临床应用奠定生物学基础.同步辐射X射线成像技术是研究纳米探针细胞原位摄取、胞内代谢及构效关系的重要方法.本文系统总结了基于同步辐射光源X射线成像技术在纳米探针细胞原位成像方面的研究进展,包括纳米探针的细胞原位成像、亚细胞结构原位成像、细胞原位价态分析、细胞原位定量成像以及细胞原位三维成像.此外,本文还对可用于纳米探针细胞成像的X射线成像技术的发展趋势进行了探讨.     

稀土近红外二区纳米荧光影像探针及其生物医学应用※

与传统的荧光生物成像相比, 近红外二区(NIR-II)荧光生物成像技术具有空间分辨率高、信噪比高、成像深度大、自发荧光低、生物损伤小等优势, 在活体成像、疾病诊断、无创治疗等领域应用前景广泛. 在众多的NIR-II荧光纳米材料中, 稀土近红外二区纳米荧光探针(NIR-II Ln-NPs)因具有化学稳定性和光稳定性好、发射带窄、发光颜色和寿命可调等优点受到研究人员的广泛关注. 因此, 本文系统介绍了NIR-II Ln-NPs的设计策略、控制合成、发光调控、表面修饰、以及在生物医学应用方面的最新研究进展, 并对该领域的技术难题及未来发展趋势进行了探讨.     

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。     

可激活磁共振成像纳米探针的制备及生物医学应用

在生物医学领域,磁共振成像是一种非常重要的疾病诊疗技术.近50%的磁共振检查已经涉及造影剂的应用.可激活磁共振成像纳米探针以优化信噪比为原则,借助特异性的生物分子识别作用或分子交互作用增强磁共振信号,提高了磁共振诊断的敏感性与特异性,推动着磁共振成像在生物医学领域的广泛应用.本文就目前国内外热门研究的可激活磁共振纳米探针的种类、原理等方面进行阐述,详细介绍了可激活磁共振纳米探针在生物医学上的应用,在前景方面也进行了展望.     

贵金属基纳米酶的研究进展

贵金属纳米材料在纳米尺度具有独特的光学、 电学性质及优异的催化性能, 是一类重要的功能纳米材料. 基于贵金属材料的纳米酶研究是贵金属纳米材料在生物医学领域的一个前沿研究方向. 贵金属基纳米酶具有特殊的光学性质、 较好的化学稳定性、 可调控的类酶活性及良好的生物相容性, 是目前纳米生物医学领域的热点研究材料. 本文总结了贵金属基纳米酶的活性种类、 活性机理、 活性调控以及在生物医学等领域的潜在应用.     

单分子定位超分辨显微成像有机荧光探针的研究进展

在生物医学领域,对纳米尺寸级别的微小生物目标进行精确定位研究具有非常重要的意义,而光学显微成像技术为此提供了强有力的工具。 光学显微成像技术受到光学衍射极限的限制,难以分辨尺寸在衍射极限(<200 nm)以下的生物结构,无法直接获取微小生物结构信息,阻碍了生物医学的进一步发展。 近年来,随着纳米分辨显微成像技术的出现,新型荧光探针的开发、成像系统与设备的不断发展及成像算法不断完善地深入结合,促进了光学衍射极限以下尺寸微观目标的研究。 基于单分子定位的超分辨荧光显微成像(SMLM)包括光激活定位成像(PALM)与随机光学重构超分辨成像(STORM),将有机荧光探针与超分辨光学显微成像技术紧密结合在一起,荧光探针的光物理性质直接决定着超分辨成像结果的好坏。 因此,设计不同性能的荧光探针可以实现超精细结构的不同超分辨成像,为研究其生物学功能提供了有力的工具。 本文着重围绕基于SMLM的原理、有机荧光探针的设计要求、用于SMLM的荧光探针种类及其生物应用等方面进行总结综述,指出了单分子定位成像上存在的不足,并对其发展方向进行了展望,希望为对超分辨成像研究感兴趣或初涉该领域的研究者提供成像理论与探针设计方面的帮助。     

铋基纳米颗粒用于生物传感和生物成像的研究进展

铋(Bismuth, Bi)作为一种生物相容性好且价格低廉的金属,被用于设计合成多种具有独特结构、组成和物理化学性质的纳米材料。铋基纳米颗粒具有高X射线衰减系数和近红外吸收、出色的光热转换效率和长循环半衰期等特性,在药物递送、光热和放射治疗、多模式成像、生物传感和组织工程等领域有广泛的应用前景。本文重点综述了铋基纳米颗粒在生物传感和生物成像中的应用进展,讨论了铋基纳米材料在上述领域面临的机遇和挑战。     

稀土纳米材料的制备与组装

稀土元素具有特殊的电子构型，使其在许多领域得到十分广泛的应用。稀土纳米化将有助于发现新性质、开拓新材料，因此，稀土纳米材料已经成为研究的热点。综述了各种形态稀土纳米材料的制备和性质、稀土纳米材料的复合与组装等方面的进展。     

Gd3+与RGD共修饰量子点用于胰腺癌细胞的荧光及MR双模态成像

结合磁共振成像(MRI)和荧光成像技术,以钆离子(Gd3+)、量子点及精氨酸(R)-甘氨酸(G)-天冬氨酸(D)(RGD)多肽等为功能单元,采用纳米载体组装技术构建了MRI弛豫率/荧光效率高和靶向性强的Gd3+与RGD共修饰的量子点双模态纳米探针(QDs@Gd3+-RGD),并将其用于胰腺癌细胞的双模态成像.实验结果表明,QDs@Gd3+-RGD双模态纳米探针具有较高的弛豫率,且能对胰腺癌patu8988细胞进行荧光和T1-weighted MR成像.     

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.     

基于Cy7类菁染料分子探针的设计策略

菁染料是一类经典的荧光染料母核, 具有摩尔消光系数大、 吸收波长可调、 溶解性良好及生物兼容性好等优点, 被广泛用于蛋白标记、 痕量金属离子检测、 生物活性物质检测、 细胞和活体成像及肿瘤靶向治疗等领域. 近年来, 生物医学领域对活体结构及功能成像深度提出更高的需求, 基于优异的长波长染料母核开发近红外荧光分子探针逐渐成为领域的研究重点. 吲哚七甲川菁染料(Cy7)是一类最具代表性的菁染料, 本文重点综合评述了自1992年以来基于Cy7结构开发的分子探针, 并介绍了该类荧光探针的设计策略. 最后, 讨论了该领域研究面临的挑战, 并对未来的发展方向进行了总结和展望.     

混合稀土氧化物的X射线荧光光谱分析

X射线荧光光谱法测定稀土冶金中间产品中常量稀土元素,国内外已有不少报导。本工作系统地考察了钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、镱、和钇等元素间的相互干扰;试样的制备及基体效应的校正,用P_(851)小型计算机所带的通用软件,对谱线间的干扰进行校正。拟定了混合稀土氧化物中上述10种稀土元素氧化物的X射线荧光光谱测定方法。四个样品以本法分析需要2小时左右。除低含量钬(<3%)以外,方法的精密度及准确度良好。     

NaYF4:Yb,Er/Tm上转换荧光纳米材料的合成、修饰及应用*

上转换荧光纳米材料NaYF4:Yb,Er/Tm因具有独特的上转换发光性能,在固体激光器、三维立体演示、红外成像等很多方面都有着重要的应用。近年来,NaYF4:Yb,Er/Tm上转换纳米颗粒作为荧光标记物用于生物标记引起了研究者的浓厚兴趣。合成出高质量、高荧光性能的NaYF4:Yb,Er/Tm上转换纳米颗粒是使之能够在生物医学等领域广泛应用的前提条件。本文针对NaYF4:Yb,Er/Tm上转换荧光纳米颗粒的合成方法、表面修饰以及生物应用等方面的研究进展进行综述。     

金纳米棒的偏光特性及其作为方向探针在单分子水平成像上的应用

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.复杂的活细胞组织内纳米级目标的位置和动态的空间构型对于我们理解很多生物物理学过程的细节问题至关重要.本文结合本课题组在该领域的研究经验,并从金纳米棒局部等离子共振特性和偏光特性出发,综述了金纳米棒作为方向探针的3D跟踪定位成像技术与手段.包括暗场成像技术、微分干涉成像、光热成像、共聚焦显微镜成像等生物成像技术和脱焦成像、全内反成像和双通道等生物成像手段.同时阐述了金纳米棒作为方向探针在生物成像领域中的应用进展.     

稀土纳米晶用于近红外区活体成像和传感研究进展

稀土纳米晶具有丰富的激发和发射波长,良好的化学和光稳定性、大Stokes位移等特点.近年来,稀土纳米晶在生物活体成像与传感领域的应用研究取得了迅速进展.通过纳米尺度的材料设计与合成,可以对稀土纳米晶的荧光效率、波长、寿命等光学性质,以及生物相容性、靶向性、响应性等生化性质进行精细调控,使其更好地适应于活体深组织的成像与分析.先概述活体荧光成像的技术特点与要求,然后介绍稀土纳米晶的一般组成、光学性质和荧光机理,随后详细讨论对稀土纳米晶光学和生化性质进行调控的方法,着重展示这些材料的设计和修饰在生物成像与传感领域的一些最新应用.通过总结最近的研究成果,期望能够为下一步的研究提供一些参考思路,以推进基于稀土纳米晶的生物成像与传感技术的临床转化和应用.     

共轭聚合物荧光纳米粒子研究进展

近年来,共轭聚合物荧光纳米粒子因其优异的光学性能,在化学、医学和环境科学等研究领域显示了极其广阔的应用前景.相比于传统无机半导体荧光纳米材料,共轭聚合物荧光纳米粒子具有结构多样性、功能可设计性、生物相容性好等显著优势.本文从共轭聚合物荧光粒子的制备方法、光学性能、表面功能化修饰出发,重点讨论了近年来共轭聚合物纳米粒子作为荧光探针在细胞成像及生物化学检测方面的研究进展,阐述了当前研究的主要发展方向和仍需解决的问题.