微波水热法制备Gd3+掺杂的碳量子点型高性能磁共振-荧光双模态分子影像探针

以同时提供钆源和碳源的钆喷酸单葡甲胺为前驱体,利用微波作为加热手段实现分子水平上的搅拌,达到低温、短时间内制得均匀的小粒度Gd³⁺掺杂碳量子点(Gd³⁺/CQDs-MH)的目的。当前驱体在250 ℃下微波水热反应45 min时,获得的Gd³⁺/CQDs-MH表现出较高的量子产率和极强的磁共振性能,避免了传统加热方式对碳量子点的发光能力和弛豫性能极难同时提高的矛盾。该条件下合成出尺寸约1.0 nm的碳量子点,其荧光量子产率为11.0%,Gd³⁺的掺杂质量分数达16.9%,纵向弛豫性能高达4 545.3 mmol^-1·L·s^-1 ([Gd³⁺]=0.01 mmol·L^-1)。并且,该碳量子点对HeLa细胞无明显毒性,有望用作高弛豫性能和高发光性能的磁共振-荧光双模态探针。     

胶束型磁共振成像分子探针的设计与应用

飞速发展的分子影像学在肿瘤的早期诊断及检测中发挥着越来越重要的作用.磁共振成像(MRI)是分子影像学的重要分支,具有其他成像技术不可比拟的优越性和广阔的发展前景.它不需要放射性示踪剂,没有电离辐射,具有高的空间、时间分辨率和组织对比度.近年来,新型磁共振分子探针及成像序列取得了一系列进展,包括环境响应型分子探针、¹⁹F成像、¹²⁹Xe超极化成像以及化学交换饱和转移成像等,进一步拓展了MRI的应用范围.研究和开发靶向性好、弛豫效率高且安全性好的新型多模态MRI造影剂,进一步提高灵敏度是MRI领域的一项重要课题,例如将胶束的特性与一些MRI新方法结合,寻找合适的胶束体系,以提高MRI分子探针的灵敏度;或者引入多模态分子探针,弥补磁共振方法的不足.本文综述了胶束型MRI分子探针核心技术的研究进展与应用,并指出分子影像技术在生物医学工程研究和临床诊断中的重要性.     

一种可用于细胞内汞离子可视化检测的荧光探针

将硫代罗丹明6G酰肼(R6GS)应用于水溶液和活细胞内汞离子的荧光成像检测.在测试体系中,R6GS本身溶液无色,荧光非常弱;加入汞离子后,溶液立刻变为粉红色且荧光显著增强,而对其他离子则没有响应,表明该探针分子对汞离子有较高的选择性和较高的灵敏性.荧光光谱显示R6GS对0-1.0×10-5mol/L的汞离子有较好线性关系,检出限为6.25×10-7mol/L.最后,该探针被成功用于官颈癌细胞中Hg2+的荧光成像研究.     

超分辨率成像荧光探针材料应用进展

为了进一步认知复杂环境中的细胞生物学过程,研究人员发展了各种各样的生物成像技术。在这些技术中,生物荧光成像因简单的成像条件以及对生物样品的相容性而得到了广泛的发展。然而,传统的荧光成像技术受到了光学衍射极限的限制,无法分辨低于200 nm的空间结构,阻碍了对亚细胞结构的生物学过程研究。超分辨荧光显微镜技术突破了传统光学衍射对成像分辨率的限制,能够获取纳米尺度的细胞动态过程。除了对传统的宽场荧光显微镜框架的改进及升级改造之外,目前典型的超分辨成像显微镜技术通常依赖于荧光探针材料的光物理性质。常用的荧光探针材料包括荧光蛋白、有机荧光分子和纳米荧光材料等。本文介绍了几种主流的超分辨荧光显微成像技术并总结了已经成功应用到超分辨生物荧光成像中的荧光探针材料的应用进展。     

核酸功能化纳米探针在细胞荧光成像中的应用

核酸是携带遗传信息的物质,既存在于自然界中也能够通过成熟技术人工合成。通过体外筛选技术还可以筛选出具有特殊功能的核酸序列,例如核酸适体和脱氧核酶。核酸通过沃森-克里克碱基互补配对原则进行杂交,具有很强的专一性。无论是通过序列设计还是体外筛选,核酸探针在生物标志物的分析与成像应用方面都发挥着重要作用。纳米材料辅助构建核酸功能化纳米探针,可以保护负载的核酸探针不被核酸酶降解,并且无需转染试剂就能进入细胞,在细胞荧光成像应用上具有很大优势。为解决细胞内有些生物标志物含量低、难于检测的问题,目前已构建多种适用于细胞水平的成像信号放大方法来实现对低丰度生物标志物的高灵敏成像。本文主要综述了核酸功能化纳米探针在细胞荧光成像中的应用进展,包括反义寡核苷酸功能化纳米探针、核酸适体功能化纳米探针、脱氧核酶功能化纳米探针等,同时介绍了他们在成像信号放大中的应用。     

一种用于线粒体受激辐射损耗超分辨成像的新型探针

受激辐射损耗(stimulated emission depletion, STED)显微技术通过巧妙的光学设计,利用纯光学的方法突破了光学衍射极限,空间分辨率达到纳米量级,并保留了荧光显微的许多优点.然而,高的损耗光强度限制了STED显微技术的广泛应用,尤其在活细胞成像方面.本文找到了一种新型的具有良好线粒体靶向性的STED探针,具有较强的抗光漂白特性和较低的饱和擦除光强度3.5 m W (1.1 MW·cm^–2),利用该探针最高可获得62 nm的空间分辨率,为活细胞线粒体STED超分辨成像提供了新的手段.     

靶向肺癌干细胞的多肽Gd基T1型MRI探针的研究

用固相多肽合成技术制备了特异性靶向肺癌干细胞的T_1型多肽核磁共振成像(MRI)探针——Gd-DOTA-HCBP-1.在11.7 T静磁场条件下,其纵向弛豫效率(r1)为6.15 mmol~(-1)·L·s~(-1),是商用T1造影剂Dotarem的1.6倍.体外细胞成像表明,此探针的使用可显著提高肺癌干细胞克隆球的可观测性,单个克隆球(包含2 000~4 000个细胞)可被明显辨识.     

一种基于C＝N异构化的高选择性镁离子荧光探针

设计合成了荧光传感分子2-羟基-1-萘甲醛缩1-氨基海因(L),通过吸收和荧光光谱研究其对金属离子的识别作用,结果表明该化合物对镁离子表现出高选择性响应,在最大发射波长448nm处,乙腈中加入Mg2+,荧光强度增强30倍,Job曲线表明该受体分子与Mg2+以2∶1计量比配位,并初步探讨了该受体分子与镁离子的结合模式和荧...     

单胺氧化酶荧光探针研究进展

单胺氧化酶(Monoamine oxidases, MAOs)是一种膜结合的线粒体酶,通过催化氧化及脱氨反应来维持神经递质和其他生物胺在生物系统中的稳态。MAOs功能障碍与许多神经和精神疾病密切相关,因此,监测MAOs的活性及表达水平,对深入理解其生理功能及相关疾病的临床诊断都具有十分重要的意义。荧光探针具有原位、无创、可实时成像等优势,是准确监测MAOs活性的一种有效方法。本文综述了近年来MAOs荧光探针的研究进展,阐述了这些荧光探针在MAOs相关疾病诊断及治疗中的应用。     

一种线粒体靶向香豆素基pH荧光探针合成及性能

线粒体作为一种重要的细胞器,其功能包括能量供应、信号传导、细胞分化以及控制细胞生理周期和细胞生长等.线粒体的任何损伤及随后的功能障碍都可能导致一系列人类疾病.其中线粒体pH直接影响着其生化过程,正常的pH水平是线粒体功能正常运作的基础.本文以7-羟基香豆素为原料,合成了一种对线粒体特异性标记的pH荧光探针(CMPH)....     

新型Gd基T2造影剂的制备和应用

设计并合成了结构为TPP-Lys（Acp-DOTA-Gd）-COOH（简称Gd-DOTA-TPP）的小分子磁共振探针,通过电转染的方式用探针标记人源脐带间充质干细胞（hMSCs）.11.7 T磁共振成像（MRI）扫描结果表明,Gd-DOTA-TPP标记的hMSCs在细胞内Gd含量为9×10⁹ Gd/cell时,T₂加权信号强度即可低至背景信号强度,呈现较强暗信号.将Gd-DOTA-TPP标记的hMSCs移植入小鼠脑室,可明显提高移植干细胞在MRI设备上的检测灵敏度,检测限可低至10³个细胞.     

单边磁共振成像仪磁体系统研究

单边磁共振成像（MRI）系统由于其良好的开放性引起了越来越多的关注,这种系统的成像样品区位于磁体外侧,其形状为薄片形,其磁体结构设计是一个全新的问题. 本文基于鞍点理论,探索这种单边磁体在其外侧产生均匀样品区的可行性,通过对几种单边磁体结构磁场特性的研究,指出适当设计的永磁磁体能够在磁体外侧产生鞍点. 最后给出一种符合成像要求的单边永磁MRI磁体结构. 单边MRI磁体结构的可行性分析及磁体结构的成功设计,为开展完全开放式磁共振成像装置的研究打下了坚实的基础.     

一种以超分辨率理论为基础的磁共振眼球成像方法

磁共振成像（MRI）是一种无电离辐射的非介入性的眼内肿瘤检测方法,但分辨率和运动伪影是成像过程中不易克服的困难．以往的扫描方法或是不可避免的引入运动伪影,或是需要受试者做精确的配合,增加了成像的难度,给受试者带来不舒适的体验．本文提出了一种以超分辨率理论为基础的新的磁共振眼球成像方法,使用一种特制的眼球线圈,对眼部区域扫描一系列动态的图像,使得不同方向上的采集分辨率互补．最后经过预处理、配准、超分辨率重建等操作,得到高质量的磁共振眼球图像．实验结果表明,这种方法可以在不需要受试者做额外配合工作的情况下,得到更加清晰的磁共振眼球图像．     

Magnetic Resonance Imaging Measurement of Volume Magnetic Susceptibility Using a Boundary Condition

A magnetic resonance imaging method is described for measuring the magnetic susceptibility difference between two homogeneous macroscopic compartments in contact with each other. A boundary condition is derived for the interface of the two compartments. This boundary condition predicts that across the interface there is a resonant frequency jump, which is a function of interfacial orientation relative to B0 field and the difference in susceptibility of the two sides. Based on this relationship, the magnetic susceptibility difference between two materials can be obtained from MR gradient echo imaging using signals from both sides in the vicinity of the boundary. This method is demonstrated by solution phantom experiments.     

Stem Cell Labeling and Tracking with Nanoparticles

Stem cell research is a field that has attracted tremendous attention in recent years. How to precisely label and track stem cells after administration is important not only for fundamental stem cell research, but also for practical applications of stem cell technology in the clinic. Various stem cell labeling and tracking strategies, many of which utilize nanotechnology, have been reported by many different groups. Here, recent progress in the development of various functional nanomaterials for stem cell labeling and tracking is reviewed and the current challenges and future prospects are discussed.     

Targeting Upconversion Nanoprobes for Magnetic Resonance Imaging of Early Colon Cancer

Colon cancer (CC) is one of the most common intestinal malignancies and is difficult to detect in its early stage by magnetic resonance imaging (MRI) with currently used contrast agents (CAs). The development of targeted CAs contributes to the early diagnosis of CC and thereby enables early intervention and timely therapy. Considering the outstanding performance of upconversion nanoprobes (UCNPs) in high‐performance MR and fluorescence imaging, a new type of nanoprobes with considerably enhanced imaging performance is developed herein. Carcinoembryonic antigen (CEA) antibody is conjugated onto the surface of UCNPs to achieve the targeted imaging of early CC tumors, which overexpress CEA. Both toxicity tests and histological/hematological examinations demonstrate the excellent biocompatibility of these CC‐targeting nanoprobes, which possess great potential for clinical application in the early diagnosis of CC.     

台式核磁共振仪变温探头系统的研制

变温探头系统是拓展低场强核磁共振仪应用领域的重要部件. 半导体致冷片由于体积小,功耗低,控制方便,广泛应用于各种制冷场合. 本研究利用半导体致冷组件研制的变温探头系统能实现-20 ℃~60 ℃范围变温,相比传统高场强核磁共振波谱仪变温探头系统,结构简单、性价比高. 在NMI20-analyst台式核磁共振仪上应用3.5%的CuSO₄水溶液对本变温系统进行了测试,实验效果能够体现出相应的规律,具有实用价值. 最后对系统与实验结果进行了讨论,给出了改进方案.     

基于模块计算机的千兆网磁共振谱仪控制接口

提出了一个基于模块计算机的磁共振谱仪的控制接口,它建立了核磁共振成像谱仪与上位计算机之间的通信,实现了控制谱仪、上传和下载、数据处理等功能,具备较高的传输速度,以及较好的实时性. 该接口以硬件模块的方式集成到谱仪上,通过千兆和百兆以太网连接上位机,接收下传至谱仪的序列;用中断机制和直接内存存取(DMA)方式实现与谱仪的数据传输,并将处理采集到的回波数据并上传到上位机. 控制接口的设计采用模块计算机Computer-On-Module(COM)的设计思路,以高性能的处理器为嵌入式平台,在Linux操作系统下开发驱动程序和应用程序. 实验证明,该模块具有数据处理速度快、传输速率高,成本低,体积紧凑,扩展性强等特点,是实现磁共振谱仪高性能的控制接口的理想方案.