生物醫(yī)學材料

1、光熱治療納米粒子光熱治療納米粒子2CONTENT光熱治療光熱治療納米材料光熱治療納米材料的應(yīng)用光熱治療納米材料分類文獻舉例3ADD TITLE光熱治療：光熱治療是通過激光照射（近紅外光）的方法，改變腫瘤細胞所處環(huán)境，將光能轉(zhuǎn)換為熱能，達到一定溫度，從而殺死腫瘤細胞，達到治療目的。4ADD TITLE光熱治療納米材料種類：1）傳統(tǒng)的有機化合物，如吲哚菁綠，聚苯胺。缺點是低光熱轉(zhuǎn)換率和嚴重光漂白。2）碳納米材料，如碳納米管，石墨烯，還原性石墨烯。3）貴金屬納米材料。5ADD TITLE納米材料在光熱治療中的應(yīng)用：金納米材料隨其形狀和尺寸的改變，其物化性質(zhì)也隨之改變。其中金納米棒、金納米籠、金納米球

2、殼材料等因其獨特的物化性能而在生物醫(yī)學領(lǐng)域有著廣泛而重要的應(yīng)用前景，尤其令人感興趣的是其光學性質(zhì)，特別是其近紅外消光特性，即表面電子的等離子共振響應(yīng)（Surface Plasmon Resonance，SPR），其吸收峰在可見光區(qū)至近紅外光區(qū)之間可調(diào)。近紅外區(qū)（8001200 nm）是機體組織的透過窗口，近紅外光在機體組織透過率最高，與其它波段光相比對人體損害最小，尋求在近紅外光區(qū)有良好光學特性的材料用于生物醫(yī)學領(lǐng)域一直是人們的理想選擇。基于納米金近紅外光熱轉(zhuǎn)換功能，出現(xiàn)了一種新型腫瘤光熱療法納米金介導(dǎo)的近紅外線（Near-infrared Ray，NIR）熱療。2003年美國Rice大學的J

3、.Halas教授組報道了將金納米球殼材料包覆SiO2與人乳腺癌細胞一起進行體外培養(yǎng)，近紅外激光輻照使細胞發(fā)生不可逆的熱損傷，磁共振成像引導(dǎo)的體內(nèi)動物實驗也得出了類似的結(jié)果，之后他們又進行了金納米球殼材料熱消融治療腫瘤、金納米球殼與特異性抗體結(jié)合免疫靶向治療腫瘤等一系列研究，自此納米金介導(dǎo)的近紅外熱療治療腫瘤成為國際醫(yī)學界研究的焦點6光熱治療納米粒子金納米棒金納米棒 硫化銅亞微米硫化銅亞微米 超結(jié)構(gòu)超結(jié)構(gòu) 金納米籠金納米籠 碳納米管7碳納米管碳納米管，特別是單壁碳納米管（SWNTs），吸引了在生物醫(yī)學領(lǐng)域的重大興趣，因為其在在生物檢測，藥物運輸，光療和生物醫(yī)學成像等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。由于單壁碳

4、納米管獨特的一維（1-D）的結(jié)構(gòu)，單壁碳納米管因其尖銳的電子態(tài)密度在范霍夫奇點具有很強的共振拉曼散射。在活細胞中的單壁碳納米管的拉曼成像最初由海勒等人在2005年報告，體內(nèi)拉曼成像已經(jīng)由Zavaleta等人在2008實現(xiàn)。劉莊教授課題組13研究的貴金屬修飾的單壁碳納米管在表面增強拉曼成像及光熱治療的應(yīng)用，研究中，通過一種由金種連接、金種生長及表面修飾所組成的液相中原位合成的方法，在DNA修飾的單壁碳納米管上原位生長金或銀納米粒子,得到能夠穩(wěn)定存在于生理環(huán)境中的SWNT-Au-PEG和SWNT-Ag-PEG復(fù)合物。由于表面修飾的金或銀納米粒子的存在，單壁碳納米管-金屬復(fù)合物表現(xiàn)出優(yōu)異的濃度及激發(fā)

5、光源依賴的表面增強拉曼效應(yīng)。連接好葉酸靶向分子的SWNT-Au-PEG-FA復(fù)合物與目標癌細胞共同培養(yǎng)后，可實現(xiàn)快速的拉曼成像，其成像時間與傳統(tǒng)SWNTs探針相比大為縮短。圖2.1貴金屬納米粒子通過種子生長在共價官能化的單壁碳納米管上。目標癌細胞的光熱治療 (a) 808 nm 激光照射下三種試樣的溫度曲線. (b) SWNT-Au-PEG-FA,SWNT-Au-PEG, SWNT-PEG-FA, and SWNT-PEG處理KB 細胞時相對的細胞存活率（有或無激活照射）(c?f) 光學顯微鏡下的成像，KB 細胞分別與SWNT-PEG (c), SWNT-PEG-FA (d), SWNT-Au

6、-PEG (e), or SWNTAu-PEG-FA (f)孵育。（綠色，活細胞）/（紅色，死亡細胞）。8金納米棒 金納米棒是一種尺度從幾納米到上百納米的棒狀金納米顆粒。金是一種貴金屬材料，化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，金納米顆粒沿襲了其體相材料的這個性質(zhì)，因此具有相對穩(wěn)定，卻非常豐富的化學物理性質(zhì)。金納米棒擁有隨長寬比變化，從可見(550 nm)到近紅外(1550 nm)連續(xù)可調(diào)的表面等離子體共振波長，極高的表面電場強度增強效應(yīng)(高至10e7倍)，極大的光學吸收、散射截面，以及從50%到100%連續(xù)可調(diào)的光熱轉(zhuǎn)換效率。由于它獨特的光學、光電、光熱、光化學、以及分子生物學性質(zhì)，金納米棒在材料科學界正受到強

7、烈的關(guān)注，并引發(fā)眾多材料學家、生物化學家、醫(yī)學家、物理學家、微電子工程師等科研工作者對之進行廣泛和深入的研究9 硫化銅亞微米超結(jié)構(gòu) (CuS) 亞微米超結(jié)構(gòu)光熱轉(zhuǎn)換材料。利用水熱法制備的親水性硫化銅(CuS) 超結(jié)構(gòu)具有增強光吸收能力的特性，大幅度地提高了980 nm激光的吸收效率，進而使光熱轉(zhuǎn)換能力得到了很大的提高；激光照射過程使用的激光強度（0.51 W/cm2 ）遠低于美國規(guī)定的980 nm激光的人體皮膚安全使用標準重要的是，體外和體內(nèi)試驗都證明了該超結(jié)構(gòu)材料在腫瘤的光熱治療上非常有效。而毒性試驗證明了該材料具有較低的毒性。值得注意的是，與傳統(tǒng)的光熱材料，如Au 納米棒、Au納米空心球和

8、碳納米管等相比，該CuS亞微米超結(jié)構(gòu)材料具有低成本、低毒性、高光熱轉(zhuǎn)化效率的特點，因而在癌癥的治療方面有重要的研究意義和光明的應(yīng)用前景。10金納米籠 夏幼南教授組利用金納米籠作為抗癌藥物和酶的載體，在激光照射下，可以有效地控制藥物和酶的釋放。同時金納米籠具有光熱治療作用結(jié)果表明裝載 DOX 的金納米籠治療效果比單純的金納米籠效果要好。是酶釋放的曲線，隨激光照射時間的延長，釋放的酶的量逐漸增加。11圖片展示 金納米棒 碳納米管 12用一種新方法合成ZnO/Ag微納米顆粒增強光催化性和抗菌性 文獻出處：13摘要 通過自主設(shè)計的同心撞擊流微反應(yīng)器結(jié)合微波技術(shù)合成不同銀含量的一系列的氧化鋅/銀微/納米

9、球（MNSS）各種表征結(jié)果表明，銀納米顆粒的平均直徑約15納米的成功沉積在氧化鋅微球，微球大小從300-700納米不等。納米ZnO顆粒直徑小于10納米的。光催化一系列的ZnO/銀MNSS的性能進行了對甲基橙評價，抗菌性能對大腸桿菌進行了測試。所有的結(jié)果表明，該光催化劑和氧化鋅/銀MNSS的裝載有不同的Ag含量的抗菌活性是優(yōu)于純的氧化鋅。最佳負載Ag含量約為7.5（原子）照射30分鐘MO幾乎完全降解，提高光催化和ZnO/銀MNSS的抗菌性能。這種制造方法簡單，可連續(xù)生產(chǎn)，成本低的優(yōu)點，所以它是更適合于在工業(yè)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)氧化鋅/銀MNSS。14實驗流程圖 同心撞擊流微反應(yīng)器15實驗過程圖 氧化鋅

10、納米顆粒經(jīng)導(dǎo)向粘附成氧化鋅納米微球，再經(jīng)過氧化銀和檸檬酸鈉作用變?yōu)檠趸\/銀微納米顆粒16結(jié)果與表征17光催化原理18XPS表征19光催化表征20抗菌性表征21結(jié)論 基于自主設(shè)計同心沖擊流微反應(yīng)器結(jié)合微波技術(shù)，通過采樣，快速，高效，安全，綠色的方法，不同的銀含量一系列的氧化鋅/銀MNSS成功合成此復(fù)合材料具有優(yōu)良的光催化和抗菌活性根據(jù)它的晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)將增加光生電子的分離率和孔。最優(yōu)Ag含量是約7.5（原子）作為在MO時照射30分鐘后UV光幾乎完全降解這些結(jié)果表明，氧化鋅/銀MNSS具有優(yōu)良的光催化性和合成的抗菌活性，而這種高效率的和大規(guī)模連續(xù)制造方法具有很大的潛力可擴展到其它金屬 - 合成材

11、料。22一種多功能劑Na0.3WO3棒用于體內(nèi)雙模式成像和光熱治療癌細胞 文獻出處23摘要影像診斷和光熱消融（PTA）的治療的組合已成為潛在治療癌癥的方法。特別是，鎢青銅具有許多獨特的性能，如寬近紅外（NIR）吸收和大的X射線衰減系數(shù)。然而，這些材料具有很少被報道為一種X射線計算機斷層掃描（CT），造影劑和光熱劑。在此，我們合成了聚乙二醇化的納米棒Na0.3WO3（平均尺寸39納米5納米）通過簡單的一釜溶劑熱路線。正如我們所料，準備聚乙二醇化Na0.3WO3納米棒表現(xiàn)出強烈的NIR吸收，由于W5+。這些聚乙二醇化Na0.3WO3納米棒也顯示了優(yōu)異的CT成像效果和29.95克胡L-1（高得多的高

12、胡值比碘帕醇的數(shù)字（19.35克，HU L-1），由于大原子序數(shù)和X射線的鎢的固有性質(zhì)衰減系數(shù)。此外，升溫并在體內(nèi)光熱實驗表明所合成Na0.3WO3納米棒可以是一個有效的光熱劑，因為它們具有低毒，高效率和良好的耐光性。24實驗過程 攪拌溶解 緩慢加入 800轉(zhuǎn)每秒 0.2380gWCl630ml脫水乙醇0.024gNaOH50ml四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜（180進行24小時）藍色產(chǎn)物離心洗滌4次（60真空干燥）Na0.3WO3納米棒25表征與結(jié)論26紫外-可見吸收和XPS表征強烈的近紅外吸收也可以歸因于氧不足之處，從而誘發(fā)小極化子。為了說明含聚乙二醇化Na0.3WO3棒氧的不足，光致發(fā)光（PL）進

13、行了研究使用熒光分光光度計，記錄在激勵波長為240納米。光致發(fā)光光譜清楚地示出了聚乙二醇化Na0.3WO3納米棒含有相當數(shù)量的氧缺陷。此外，Na0.3WO3納米棒的組合物采用X射線光電子能譜XPS圖。對于Na0.3WO3納米棒，對應(yīng)于W4f峰（圖2b）。在35.7 eV和37.8 eV的主峰可分配到W6+和弱峰位于34.7 eV和36.5伏特被分配到W5+。不同價態(tài)的W的原子可以進一步證明氧的存在不足之處，這被認為原因是NIR吸收。此外，類似的一些關(guān)于過渡金屬化合物，如四氧化三鐵的納米結(jié)構(gòu)，納米Fe3O4和硫化銅上層建筑，鎢離子的價數(shù)變化進一步證實強烈吸收近紅外區(qū)域是從D-D派生電子躍遷。 2

14、7透過率及CT影像表征圖3a 具有915納米波長的PTA激光用于治療癌癥。聚乙二醇化Na0.3WO3納米棒的水分散體與各種濃度，范圍從0.03至1毫克毫升-1。沒有Na0.3WO3納米棒基本沒變化，隨著Na0.3WO3納米棒的濃度增加溫度越高。圖4b聚乙二醇化Na0.3WO3納米棒水分散體，從0到10.0毫克ML-1（圖4a）。擬合線呈現(xiàn)系數(shù)結(jié)果的準確度，這依賴于分散的聚乙二醇化Na0.3WO3納米棒水分散液。胡值的斜率為約29.9528細胞存活率及CT影像表征圖5a 細胞的毒性不同濃度的聚乙二醇化Na0.3WO3納米棒TC71腫瘤細胞在由CCK8測定。聚乙二醇化Na0.3WO3納米棒稀釋在D

15、MEM培養(yǎng)基中，孵育TC71細胞在5CO 2在37下24小時沒有顯著PEG化Na0.3WO3納米棒的細胞毒性細胞增殖，即使在高濃度高達0.5毫克毫升-1中，作為細胞存活率幾乎98.9。當濃度增加至1.0毫克毫升-1。細胞存活率為80以上29小白鼠實驗結(jié)果分別取不同的時間間隔激光照射紅外熱成像和溫度。該區(qū)域11外框的區(qū)域與注入的聚乙二醇化Na0.3WO3納米棒低于5分鐘的照射產(chǎn)生了更多的顯著溫度升高。相反，范圍從29.3C至32.4在區(qū)域存在一些溫度變化對照組12框區(qū)域。對于Na0.3WO3納米線的注射的小鼠中，腫瘤表面溫度的變化示于圖7b。應(yīng)該注意的是，溫度升高迅速在第30秒時，27.3上升至

16、50.9;將溫度在約56，保持穩(wěn)定而足夠高，以“煮”的腫瘤細胞。在57.3，300秒的高值，這意味著該溫度照射下5分鐘增加30。這些結(jié)果表明，在Na0.3WO3內(nèi)的納米棒腫瘤仍然有一個很好的光熱效應(yīng)。30結(jié)論 總之，我們開發(fā)了鎢的的雙功能劑鎢青銅通過簡單一釜法CT成像和光熱療法。由于W5+的存在，以及強X射線衰減系數(shù)，所述PEG化的Na0.3WO3納米棒表現(xiàn)出強烈的NIR吸收和杰出CT成像效果，它可以達到靶診斷和治療。體外光熱實驗表明，我們的聚乙二醇Na0.3WO3納米棒可以在低濃度下獲得足夠“廚師”腫瘤細胞，這表明這是一個安全和穩(wěn)定的光熱劑具有高有效性。作為一名CT造影候選人，聚乙二醇化Na

17、0.3WO3納米棒有很大的空間分辨率和靈敏度在體外實驗和TC71腫瘤小鼠。腫瘤可瘤內(nèi)注射后觀察用10mg/mlNa0.3WO3 100微升。在體內(nèi)小鼠模型中的治療實驗進一步發(fā)現(xiàn)了聚乙二醇化Na0.3WO3納米棒似乎是一個非常有效的光熱劑，使優(yōu)良的近紅外光的響應(yīng)在低劑量腫瘤消融的效果。此外，沒有任何明顯的在實驗過程中觀察到毒性，這表明PEG-400封端Na0.3WO3納米棒具有一個良好的生物相容性。 PEG化Na0.3WO3棒具有低毒性，優(yōu)良的光熱效應(yīng)，一高光熱穩(wěn)定性和很好的CT成像的效果，這使得有可能它們的潛在用途在臨床應(yīng)用。31部分參考文獻1 Ferlay, J.,Shin, H. R.,B

18、ray, F., et al. Estimates of worldwide burden of cancer in 2008:GLOBOCAN 2008J. Int. J. Cancer, 2010, 127 (12): 2893-2917.2 黃鵬，崔大祥，納米材料的可控合成，功能化及其在腫瘤治療中的應(yīng)用，中國知網(wǎng)，20133 Park, K.,Lee, S.,Kang, E., et al. New generation of multifunctional nanoparticles for cancer imaging and therapyJ. Adv.Funct. Mater., 2009, 19 (10): 1553-1566.4 崔大祥. 腫瘤納米診斷和治療技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景J. 中國腫瘤生物治療雜5 Song, H.,He, R.,Wang, K., et al. Anti-HIF-1 alpha antibody-conjugated pluronic triblockcopolymer