共轭聚合物光声造影剂的研究进展

光声成像是一种新兴医学影像成像技术。作为一种非侵入式和非电离式的成像技术,光声成像具有高分辨率、高对比度和穿透深度高的特点。这种成像技术在对组织进行诊断时需要加入造影剂与组织相结合才能产生显著的光声信号。然而,目前光声成像技术仍缺乏合适的造影剂,制约了其在生物医学领域的应用。共轭聚合物因其具有优异的光热性能和良好的生物相容性,被广泛应用于光声成像领域。本文综述了共轭聚合物作为外源性造影剂在光声成像领域的应用的研究进展,并对共轭聚合物光声造影剂的发展进行了展望。     

多光谱光声层析成像及其在生物医学中的应用

多光谱光声层析成像(MSOT)技术是一种将多光谱成像与光声层析成像(PACT)技术相结合的新技术,该技术利用不同生物组织的光谱吸收特性,用多组不同波长的短脉冲激光照射组织以产生组织特异性的光声信号,从而更好地进行光声成像和组分识别。MSOT兼具光学成像的高灵敏度、高分辨率优势和超声成像可对数厘米深组织成像的长处,同时又能弥补光学成像深度有限和超声成像对比度差的短处,能够实现深层组织的高分辨率、高对比度、高穿透深度的实时无损伤成像。迄今为止,MSOT已应用于肿瘤内光吸收粒子的检测、血管结构和血液氧合作用的评价、生物荧光蛋白的成像以及乳腺癌患者检测的初步研究。随着光声成像系统的不断改进,MSOT与生物标记物(如荧光试剂、金纳米颗粒等)结合对体内分子进行成像,在生物医学中得到了广泛的应用。本文简要综述了MOST的成像原理、实验装置及其性能特点,着重总结了其在生物医学领域的最新应用进展,尤其是在新生血管成像、肿瘤的早期诊断及肿瘤的原位成像方面。     

氮杂氟硼二吡咯接枝聚合物光声造影剂的制备及应用

设计合成了氮杂氟硼二吡咯为侧链的聚异丁烯-alt-马来酸酐,该聚合物可作为光声造影剂,应用于小鼠肿瘤的光声成像.首先通过在氮杂氟硼二吡咯侧链上引入给电子基团烷基链,制备出在780~800 nm有吸收的有机染料,利用聚异丁烯-马来酸酐与羟基的开环反应,将有机染料接枝到聚合物侧链,聚合物在水溶液中形成60 nm的纳米颗粒,纳米颗粒以氮杂氟硼二吡咯染料为核,聚合物为壳.通过动态光散射,透射电子显微镜,紫外-可见光吸收光谱,光热实验等,对纳米颗粒的形貌和光学性质进行表征;研究表明,纳米颗粒不仅具有良好的稳定性,还具备良好的光热性能;体外的MTT细胞实验研究结果表明,这种纳米颗粒具有良好的生物相容性;在800 nm激发下,监测到纳米颗粒具有良好的体外和体内光声信号,表明纳米颗粒具备光声造影剂特性,能够实现活体肿瘤的光声成像.     

近红外荧光染料的结构、性质及生物荧光成像应用

近红外荧光生物成像技术由于具有深的组织穿透性、低背景荧光干扰、最小生物样本光损伤等特点引起人们越来越多的关注。开发高荧光效率、低毒性的近红外荧光染料是近红外荧光成像技术发展的关键所在。本文综述了五类主要的有机近红外荧光染料(菁类、BODIPY类、罗丹明类、方酸类、卟啉类)的研究进展,重点分析其结构与光学性质等构效关系,为近红外荧光染料的设计和制备提供指导。另外,总结了有机近红外荧光材料功能化修饰的主要方法以改善生物相容性、靶向性能等,最后对近红外荧光染料存在的主要问题以及未来的热点方向进行了分析和展望。     

激活型有机光声造影剂的应用

光声(PA)成像作为一种结合了光学和声学成像优势的新型成像方式,具有深层组织穿透和高空间分辨率等优点,在重大疾病的早期影像诊断方面有着巨大的应用前景.然而传统的PA造影剂依然存在信噪比低、选择性及特异性差等不足,容易产生假阳性诊断结果.激活型PA造影剂可以有效的降低背景噪声,并提升成像的灵敏度和特异性,是目前PA造影剂...     

透明质酸纳米材料在荧光/光声成像和光疗中的应用

荧光/光声成像和光疗技术的生物医学应用引起了人们越来越多的关注, 然而很多荧光/光声造影剂存在生物相容性较差, 缺乏肿瘤靶向性, 信噪比较低, 功能单一等共性问题, 严重限制其诊疗应用. 透明质酸具有优异的生物相容性和主动肿瘤靶向性, 可被透明质酸酶降解, 并且易于化学修饰和实现多种超分子弱相互作用力协同工作. 因此, 人们将透明质酸与荧光/光声造影剂结合制备纳米材料, 使其在细胞乃至活体的标记性能和治疗效果获得了很大的改善. 本文综述了将两类物质结合制备纳米材料的方法, 着重阐述了纳米材料的结构与性能关系, 为其未来设计和开发提供了指导, 最后对存在的主要问题以及未来的重要研究方向进行了分析和展望.     

半导体共轭聚合物光学探针的设计及在自发光成像和光声成像中的应用

光学成像因其无侵袭性、高时空分辨率和高灵敏度在生物医学领域得到迅速发展.光学成像中自发光成像包括化学发光成像和长余辉成像不需实时光激发,避免了自发荧光的影响,可以得到较高的灵敏度和信噪比.光声成像则是将光信号通过热膨胀转化为声信号,避免了光散射的影响,具有较高的组织穿透深度.本文针对半导体共轭聚合物光学探针在自发光成像...     

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。     

聚合物纳米光诊疗剂的制备与应用新进展

共轭聚合物纳米颗粒是由π-共轭有机聚合物组成的尺寸在1~100nm范围内的新型有机纳米材料。与传统的有机小分子、半导体量子点和无机纳米材料相比,聚合物纳米颗粒具有光学性质特殊、结构多样、表面易修饰和生物相容性好等优点,因而被广泛应用于生物成像、传感与检测、载药和治疗等领域。本文主要围绕聚合物纳米颗粒的制备方法、性质结构和生物相容性等方面,重点介绍了聚合物纳米颗粒作为光诊疗剂在荧光成像、光声成像,以及光动力和光热治疗领域的研究进展,并对聚合物纳米颗粒的发展前景和未来面临的挑战进行了探讨。     

磁共振成像造影剂的研究进展

磁共振成像技术已成为临床医学影像学检查的重要手段,30%以上的磁共振成像诊断需要使用造影剂,因此磁共振成像造影剂也成为一种重要的临床诊断药物.本文简单介绍磁共振成像造影剂的定义、原理和分类,并对当前的研究进展进行了的评述,认为开发具有靶向性、高弛豫效率、使用安全的造影剂是研究的主要方向.     

葡萄糖异构化对其糖聚合物蛋白识别功能的影响

设计合成了具备良好的近红外吸收性能的苝酰亚胺大分子引发剂,并通过原子转移自由基聚合(ATRP)和后修饰方法制备了重复单元分别为一位羟基葡萄糖(1-Glc)和六位羟基葡萄糖(6-Glc)的糖聚合物.该聚合物在水溶液中能形成苝酰亚胺为核,糖聚合物为壳的纳米聚集体.通过动态光散射(DLS)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)对聚合物在水溶液中的形貌、大小以及光学性能进行了分析表征,聚合物在650~750 nm有较好的近红外吸收特性;通过光声仪测试了聚合物的光声性能,结果表明苝酰亚胺糖聚合物具有较强的光声信号;为研究葡萄糖异构化对糖聚合物蛋白识别功能的影响,采用多种表征手段如浊度法、动态光散射研究了聚合物和凝集素半刀豆蛋白(concanavalin A,Con A)的结合.发现随着Con A凝集素的加入,PBI-1-Glc溶液的浊度和粒径有着明显的增加,而PBI-6-Glc则几乎没有变化;此外,还利用光声成像技术研究了糖聚合物与Con A之间的相互作用,Con A凝集素可使PBI-1-Glc聚合物的光声信号明显增加,此结果表明光声技术也可以有效地识别2种聚合物与凝集素之间的相互作用.实验结果显示,PBI-1-Glc聚合物与凝集素Con A有强的相互作用,而PBI-6-Glc聚合物则没有,这证实了单糖异构化在影响其与凝集素的特异性识别方面具有一定普适性.     

石墨烯/有机共轭体系的光热效应与应用

本文对近几年来石墨烯/有机共轭体系在光热效应领域取得的重要研究进展进行了总结评述。虽然有机光热试剂具有优异的光热转换效率和良好的生物相容性,但是,有机光热试剂的光稳定性差,限制了其实际应用。现有研究结果表明,石墨烯可显著地增强有机共轭体系的光稳定性,大幅提高其光热转换效率。此外,石墨烯/有机共轭体系还可集多种功能于一体,例如:光声成像指导下的光热治疗、pH响应的荧光成像和光热治疗、光热和光动力联合治疗等,这对有机共轭体系在光热治疗领域的应用具有重要意义。本文总结的研究结果及所作的分析,希望对新型有机共轭体系的光热效应及后续研究起到一定的参考和促进作用。     

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.     

金属-有机框架材料在癌症诊疗中的应用

成像技术的迅速发展使科学家和临床医生能够准确地了解癌症的发病机制和病理过程, 并根据患者的情况制定个性化的治疗策略. 将各种成像与治疗试剂整合为一体的癌症诊疗平台, 可以同时用于癌症的诊断和治疗, 受到了广泛的关注. 金属-有机框架材料(MOFs)是由有机配体和金属离子/离子簇自组装而成的一种有趣而独特的多孔有机-无机杂化材料. 由于其易于后修饰、 孔隙和结构可设计、 功能可调等特点, 已被证明具有成为癌症诊疗药物负载平台的巨大潜力. 本文介绍了将诊疗药物负载到MOFs中的策略, 并综合评述了在磁共振成像、 计算机断层扫描成像、 正电子发射断层扫描成像、 光学成像和光声成像等多种成像技术指导下, MOFs作为癌症诊断和治疗平台的发展概况. 此外, 还讨论了MOFs在癌症诊疗和临床转化方面当前面临的挑战和发展前景.     

光声位相理论及其在化学中的应用研究进展

光声位相作为光声光谱重要的一部分, 包含着很多有价值的信息, 对它的研究可以获得其它光谱甚至光声振幅谱都不能得到的信息。光声位相在测定样品的光学和热学性质、样品无辐射弛豫过程的研究以及深度剖面分析等方面显示了特有的能力。本文结合本实验室近几年的工作, 在光声光谱理论的基础上,对光声位相理论及其在化学中的应用作一综述。     

氟硼类荧光染料及其衍生物在肿瘤诊疗一体化中的应用

肿瘤是全世界发病率最高、死亡率最大的疾病之一.鉴于肿瘤的高风险与高死亡率,世界各地的研究人员致力于开发更精确快速的诊断策略和更有效的治疗方法来对抗,针对肿瘤的光学诊疗一体化技术应运而生.氟硼荧类化合物(BODIPY)因其优良的光学性质在肿瘤光诊疗中被广泛关注.详细介绍了BODIPY及其衍生物作为光敏剂、光热转化剂及显影剂在肿瘤诊疗(光动力治疗、光热治疗、光声成像)以及诊疗一体化中的应用,全面系统地评价了不同BODIPY结构以及其衍生物在肿瘤诊疗中的效果.这对于合理设计具有高单线态氧量子产率、高光热转化率以及良好的光稳定性和溶解性等优点的近红外BODIPY材料具有重要意义.     

光激活定位超分辨荧光成像的罗丹明分子设计

光激活定位显微技术(PALM)等超分辨成像技术的发展为高水平生命科学研究提供了突破光学衍射极限的研究工具.实现超分辨荧光成像的核心要素之一是高性能荧光染料,而罗丹明染料由于其优良的光学性质已成为设计PALM染料的热门选择.本文通过对PALM超分辨成像特点分析,给出PALM罗丹明染料的设计要求,并对已报道的PALM超分辨罗丹明染料的设计策略及其优缺点进行比较分析,希望通过对分子设计策略的综述,为研究者设计PALM超分辨罗丹明染料提供了一些帮助.     

单个等离子体纳米颗粒在生化分析和生物成像中的应用

等离子体纳米颗粒（PNPs）因其独特的物理、化学、光学和生物学特性而被广泛地应用于材料科学、生物学和医药学等研究领域。PNPs的光学性质是可以通过改变其组成、形状和大小来进行调控的,所以利用可控合成的方式能够筛选出适合的光散射探针。在单分子水平上实时研究PNPs的动态行为对于理解细胞及活体组织的生命活动机制、制备功能型纳米材料和开发新型化学生物传感器等有着重要的意义。基于传统的暗场显微镜（DFM）,通过对光源、检测器及其它光学元件的择优组装和调试,我们开发出了一系列具有高灵敏度、高时空分辨率和高通量的等离子体光散射成像技术,并将其应用于单分子检测、多颗粒传感、单细胞成像以及生物过程示踪等领域。基于具有光学各向异性的PNPs,我们还研制出了活细胞三维扫描成像系统和超连续激光光片成像与高速毛细管电泳联用系统,推进了单分子光谱方面的研究。本文将总结近十年来本课题组在PNP单颗粒分析及成像中的工作,并为该领域未来的发展提出一些新的思路。     

可用于活细胞线粒体随机光学重构超分辨成像的分子内可逆环化五甲川菁染料探针

基于单分子定位的随机光学重构超分辨成像作为一种先进的光学成像方法,可用于尺寸小于光学衍射极限的生物结构的超清晰成像,为在单分子层面研究疾病的发病机制及寻找精准的治疗策略提供有力研究工具,在生物医学领域有着广泛的应用前景.随机光学重构超分辨成像技术依赖于标记探针的光物理性质,探针需要在大量缓冲试剂及含巯基试剂存在下才能产生稳定光致闪烁进行超分辨成像,获得理想的超分辨成像结果,但是大量缓冲试剂与巯基试剂对活细胞伤害较大,使得其在活细胞的超分辨成像应用上存在困难,而限制了其在生物医学成像领域的进一步应用,因此,需要开发可用于活细胞的单分子定位超分辨成像的新型光学探针.本工作提出了一种新的可用于单分子定位超分辨成像的五甲川菁染料探针,不需要外加成像缓冲液及巯基试剂就可以产生光致闪烁变化.基于此,开发了一种分子内自发开、关环反应的新型五甲川菁染料探针,具有活细胞膜通透性.探针不需要使用缓冲液体系及对细胞有害的含巯基试剂,在低功率单束激光直接照射下产生光致闪烁,探针对活细胞没有产生明显毒性,适合活细胞的超分辨成像.进入活细胞后探针选择性定位于细胞线粒体上,在激光照射下产生光致闪烁,电子倍增电荷耦合...     

基于纳米颗粒的化学发光技术在炎症及肿瘤诊疗中的应用

光学技术在生物医药领域具有至关重要的作用,它不仅使生物活体的检测变得可视化,还可以提高疾病治疗的特异性和灵敏性。但是普通的光学技术具有组织穿透深度低、信噪比低和组织自发光等问题。针对这些问题,研究者开始关注并研究自发光技术,包括化学发光、生物发光、切伦科夫发光。其中,化学发光(Chemiluminescence,CL)是化学物质在进行化学反应过程中产生的一种光辐射现象,具有灵敏度高、无需外部光源激发、打破组织穿透深度限制、提高信噪比的优势,为光学成像与治疗技术的进一步发展提供了新思路。但是由于化学发光物质的疏水性等问题限制了其在生物医药领域的应用。针对这些问题,研究者开始将纳米技术与化学发光技术进行结合,不仅拓展了化学发光的应用范围,还进一步促进了疾病的诊断与治疗。在此基础上,该文首先分析了化学发光的分子机理,其次总结归纳了化学发光在炎症及肿瘤诊疗中的应用,并探讨了在实际应用中遇到的问题以及未来的发展方向。