多光子发光的稀土上转换纳米颗粒在生物光子学中的研究进展

生物医学光子学的发展,总是伴随并促进着光子学新技术的发展。光学生物成像技术在癌症肿瘤诊断上有着巨大应用,尤其是具有优良发光特性的稀土离子掺杂的上转换发光纳米颗粒与光学生物成像技术的结合进一步发展了生物光子学在这一领域的应用。鉴于近几年很多人对上转换发光纳米粒子的大量研究,本文对其进行了系统的阐述,综述了稀土上转换发光纳米粒子的光学特异性、发光原理及其在光学成像中不可替代的优势;描述了上转换纳米粒子的化学组成,介绍了几种基本的合成方法,重点说明了水热合成法和热分解法,并从材料和光学两方面分析了生物应用的效率优化;总结了目前上转换材料在生物光子学中的几大应用,着重介绍了生物传感、细胞成像、动物成像、漫射光层析成像、光动力治疗、多模式成像六个方面的应用。本文在最后也对今后的研究进行了展望。     

纳米颗粒对细胞膜的作用

纳米颗粒在生物医学领域有着广泛的应用前景。在纳米颗粒与细胞相互作用的研究中,颗粒对细胞膜作用的相关研究,对揭示纳米颗粒的生物效应是至关重要的。纳米颗粒对细胞膜的影响有很多种,主要体现在对细胞膜结构和性质,以及对膜上生物大分子(蛋白质等)功能的影响等方面。这里综述了近年来纳米颗粒对细胞膜作用的相关研究成果,分别从颗粒的自身物理化学性质(尺寸、形状、表面形貌、亲疏水性质、表面电荷、特异性修饰等)、颗粒与细胞作用的环境因素,以及外界能量对颗粒与细胞膜作用的调控三个方面出发,就纳米颗粒作用对细胞膜影响的问题分别进行了分析和总结。     

Au NPs/UCNPs复合纳米体系用于荧光成像引导下的肿瘤光热治疗的研究进展

近红外(NIR)光诱导的光热治疗(PTT)因其无创、非侵入、毒副作用低、可精准靶向治疗等特性,已成为肿瘤精准治疗的新型手段。凭借其独特的表面等离激元共振(SPR)特性及其高效的光热转换效率、生物毒性与良好的光稳定性,金纳米颗粒(Au NPs)已成为理想的光热治疗剂。而高质量成像技术是实现有效光热治疗的可靠有力的工具,尤其是多模态成像技术,比起单一成像方式具有更卓越的性能,为更全面、更精准的肿瘤成像提供了可能,显著提高了非侵入性医学治疗的潜力。NIR光激发的稀土上转换纳米颗粒(UCNPs),因其丰富的4f电子结构展现出磁性、荧光、X射线衰减和放射等多功能特性,使其作为造影剂在多模态成像领域展现了重要的应用前景。因此,构建NIR光诱导的Au NPs/UCNPs复合纳米体系,可用于多模态成像引导下的光热治疗,有望成为癌症诊疗的一种新策略。本文简单介绍了Au NPs、UCNPs的光学特性,重点综述了NIR光诱导的UCNPs-Au NPs(纳米壳、纳米棒、纳米团簇)复合纳米体系在癌症光热治疗领域的最新研究进展,并对其实现诊疗一体化的未来进行了展望。     

基于5-ALA-TS-FA体外光动力疗法灭活HL60细胞实验研究

本文通过癌症靶向性分子叶酸(FA),硅壳包裹的TiO_2(TS)纳米颗粒和5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)进行结合形成新型光敏剂5-ALA-TS-FA,并研究其在光动力疗法(photodynamic therapy,PDT)治疗白血病肿瘤细胞HL60中的灭活效果。实验采用表面修饰的方法成功制备了5-ALA-TS-FA纳米颗粒,表征样品通过透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)等测试方法,通过加入不同浓度的复合纳米颗粒5-ALA-TS-FA与HL60细胞共育12 h,分别测量纳米颗粒的暗毒性和PDT灭活效应,其中PDT灭活效应采用Cell Counting Kit-8(CCK-8)法检测。实验结果表明,5-ALA-TS-FA复合纳米颗粒分散性良好;当药物浓度为100μg/m L与HL60细胞共育12 h后,5-ALA-TS-FA对HL60细胞的暗毒性较低,在光动力疗法中5-ALA-TS-FA灭活效率可达到74.65%,显著高于TiO_2和TS-FA的灭活效率。因此5-ALA-TS-FA作为一种潜在的光敏剂具备良好的应用前景。     

几种先进的光学纳米探针在光学生物诊疗中的应用

先进的光学纳米探针对于生物组织的光学成像、疾病的诊断和治疗具有巨大的促进作用,尤其是对于生物体分子水平活动的动态信息的深入了解。新型的光学探针如纳米金棒、上转换纳米颗粒和氧化石墨烯等,能克服传统探针的一些不足,具有较高的对比度、稳定性和生物兼容性,而且还拥有深层组织成像和实时动态成像的能力。本文对这些纳米光学探针的光学性质和优点进行了简要的介绍,并通过综述作者及其他研究者在过去几年的研究成果,总结这些先进的纳米探针在生物成像和医学诊断、治疗方面的应用,并展望其应用前景。     

微生物介导的金纳米颗粒合成

金纳米颗粒凭借其独特的光学和电化学特性,广泛应用于信息存储、化学传感、医学成像、药物传输以及生物标记等领域。近年来,生物法合成金纳米颗粒因其环境友好、绿色低毒等特点引起研究者的广泛关注。研究表明,多种微生物包括细菌、放线菌、真菌和病毒等均具有合成金纳米颗粒的能力。本文综述了微生物介导合成金纳米颗粒的特性、机制及应用,并对未来发展趋势进行了展望。     

g-C3N4@C-TiO2纳米颗粒增强可见光驱动的体外光动力灭活HL60细胞的试验研究

通过化学气相沉积法制备了g-C_3N_4@C-TiO_2纳米颗粒,利用X射线衍射(XRD)、荧光光谱(FS)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、能谱(EDS)等对纳米颗粒进行表征。分别研究了暗室条件及光照条件下g-C_3N_4@C-TiO_2纳米颗粒对HL60细胞的作用效果。采用CCK-8法探究了一系列质量浓度梯度的纳米颗粒处理HL60细胞后的存活率,并且通过荧光探针标记技术检测细胞内活性氧水平。试验结果表明,在C-TiO_2表面包裹g-C_3N_4,可将TiO_2可吸收的光波长范围拓展至可见光波段。制备的g-C_3N_4@C-TiO_2粒径在10～20 nm,满足其进入细胞的尺寸要求。暗毒性试验表明g-C_3N_4@C-TiO_2纳米颗粒在暗室条件下对细胞的毒性较小,证明了其具有良好的生物相容性。同时,与TiO_2和C-TiO_2纳米颗粒处理组相比,g-C_3N_4@C-TiO_2处理组的光动力灭活效率高达(76.5±1.9)%,表明其可能成为治疗白血病的潜在光敏剂。     

聚合物纳米颗粒对动脉粥样硬化病变的影响及相关机理研究进展

聚合物纳米颗粒通常指基于疏水性聚合物的纳米粒子,由于其良好的生物相容性、高效的长循环特性以及优于其他纳米颗粒物的代谢排出方式等,在纳米医学领域中得到了广泛关注。现有研究证明聚合物纳米颗粒在心血管疾病,尤其是在动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)的诊断、治疗中具有独特的优点,已经成功地由基础研究向临床应用转化。但是聚合物纳米颗粒引起的炎症反应诱导泡沫细胞形成、巨噬细胞自噬,以及心血管系统疾病力学微环境改变引起的聚合物纳米颗粒富集等,都可能最终诱导AS的发生发展。在此,本文综述了近年来聚合物纳米颗粒在诊断、治疗AS疾病中的应用及其与AS病变的关系和机理,为后续研究利用聚合物纳米颗粒开发新型纳米药物治疗AS提供理论依据。     

纳米颗粒与生物大分子的相互作用及其生物毒性机制

纳米颗粒已得到广泛的应用,同时其潜在的毒性及生物学效应也引起了广泛的关注。许多文献证实纳米颗粒对生物体具有毒性作用,但在分子水平上对其毒性机制的研究较少。本文对近年来纳米颗粒与生物大分子相互作用的最新研究进行了综述,包括纳米颗粒与蛋白质、脂类、核酸等生物分子间的相互作用。     

光动力疗法治疗感染性疾病的动物模型

光动力疗法(photodynamic therapy,PDT)是利用特定波长的激发光照射生物靶标上的光敏剂,从而产生活性氧并有效杀伤多种耐药病原体的新型治疗方式,具有作用广、安全可控、不易耐受等优点。大量体外实验已证实了PDT疗效,但目前动物实验数据较少,且治疗参数不一,一定程度上影响了PDT在临床治疗中的广泛应用。本文综述近年来PDT用于体内抗感染治疗的动物模型构建、治疗方案设计等方面的研究进展,为未来PDT抗感染研究及临床应用提供参考。     

相互作用对纳米颗粒跨生物膜输运的影响

纳米颗粒与生物膜之间的相互作用,对于纳米颗粒在细胞成像、生物传感器设计、药物输送及疾病诊断和治疗等方面的应用有着重要的影响.本文采用自洽场理论,考察了不同相互作用条件下,纳米颗粒跨膜输运过程中生物膜的形变情况,以及系统自由能的变化情况.结果表明,在纳米颗粒跨膜输运的过程中,随着纳米颗粒与生物膜之间相互作用的改变,生物膜...     

基于Fe-TiO_2和Ni-TiO_2的PDT体外灭活HL60细胞的试验研究

本文通过溶胶-凝胶法制备了Fe-TiO_2和Ni-TiO_2纳米颗粒,并研究这两种纳米颗粒体外光动力疗法(PDT)对HL60细胞的灭活效果。通过透射电镜(TEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见光(UVVis)吸收光谱等方法对纳米颗粒进行表征。使用CCK-8法分别测定Fe-TiO_2和Ni-TiO_2对HL60细胞的灭活效果。结果表明,不同终值浓度及掺杂量的Fe-TiO_2和Ni-TiO_2纳米颗粒对HL60细胞的暗毒性较低,但是PDT效率均显著高于未掺杂的TiO_2。在各自的最佳作用参数下,PDT灭活效率分别达到72. 5%±1. 6%和56. 4%±1. 2%。此外,还对这两种纳米颗粒灭活效果的差异进行了探讨。     

竹红菌素光敏剂与微血管病变光动力治疗

光动力疗法已被用于临床治疗除实体肿瘤以外的一些微血管类疾病,包括鲜红斑痣(portwine stains,PWS)和老年视网膜黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)等。竹红菌素是一种苝醌类光敏剂,因为在光疗窗口(600～900 nm)的吸收较少,它不适用于实体肿瘤的光动力治疗,但对于治疗微血管类疾病却有其独特的优势。本文根据竹红菌素光物理特性提出其主要适应症范围,并根据其临床实用化问题提出应对策略。通过构造竹红菌素水溶性纳米制剂或具有优化脂水双亲性的衍生物,实现脂溶性光敏剂既可以安全给药又最大程度保持生物利用度和光动力活性。生物学实验证明竹红菌素类光敏剂对生物靶体具有超强的光动力活性。由此推测:竹红菌素类光敏剂在光动力治疗微血管疾病(如鲜红斑痣和老年黄斑变性)及其它浅表型疾病方面具有广阔的应用前景。     

纳米铜簇合成与应用在生物医药领域的研究进展

纳米铜簇是由几个到几十个原子组成且尺寸接近费米波长的相对稳定聚集体,因其合成方法简单、生物相容性好及独特光、电、磁性质等优点,使其具有广泛的应用前景。本文中,笔者主要介绍了纳米铜簇的合成方法、优良的理化性质和应用进展,重点总结了近年来纳米铜簇在金属离子、生物分子、pH、温度、药物与抗菌等方面分析检测应用以及在化学催化、生物成像等领域的应用进展,以期为拓展铜簇在生物医药等领域的应用奠定基础。     

纳米抗体在癌症治疗方面研究进展

纳米抗体(Nanobody,Nb)是一种具有相对分子质量小、稳定性好、可溶性强、抗原结合性能好和免疫原性低等特点的新型抗体。目前纳米抗体在基础研究、新药开发、疾病治疗等领域已成为重要的研究热点,具广阔的应用前景。本文主要就纳米抗体在癌症治疗上的最新研究进展进行阐述。它不仅可做为拮抗药,还能关联效应器,并入载药系统,应用于放射性治疗与光动力疗法。与常规抗体相比,由于其在结构的特殊性,在癌症治疗上具有更大的优势,用途更广。     

硫化铜纳米粒子在肿瘤成像与治疗中的功能研究进展

硫化铜是一种二价铜的硫化物,可以作为半导体材料,化学式为CuS,呈黑褐色,溶解度极低。硫化铜纳米粒子(Copper sulfide nanoparticles, CuS NPs)是纳米尺度大小的硫化铜。近年来,CuS NPs因其结构的可塑性,良好的光热稳定性、生物相容性、突出的光热及光声转换性能,成为了当今纳米材料医学领域的研究热点,在肿瘤诊断和治疗领域中引起了广泛关注。CuS NPs本身可通过介质鳌合金属离子合成多功能纳米粒子,实现肿瘤多模式诊断,并且在光热治疗研究中体现出突出的治疗效果。本文综述了近几年CuS NPs在肿瘤诊断与治疗方面的研究进展,总结肿瘤治疗中的应用研究方法,对CuS NPs在生物医学领域应用中存在的问题进行分析,为解决实际操作过程所遇到的问题提供参考。     

涡旋磁纳米颗粒——崭新的生物医用磁性纳米平台

相比于超顺磁性纳米颗粒,具有涡旋磁畴的磁性纳米颗粒,由于独特的磁化闭合分布、较大的粒径尺寸及外加磁场中的磁化翻转特性,使得其兼具弱的颗粒间磁相互作用和更优异的磁学性能,在生物医学领域展现出了更好的应用优势和潜力.本综述结合近年来国内外对涡旋磁畴的研究及涡旋磁纳米颗粒在生物医学领域的报道,提出了一类新型的生物医用涡旋磁溶胶体系,并以涡旋磁氧化铁纳米盘和纳米环为例,介绍了涡旋磁纳米颗粒的化学合成,并着重论述了这类具有独特涡旋畴结构的纳米颗粒在磁共振成像、抗肿瘤治疗等生物医学应用上的最新研究进展.     

DNA/银纳米簇介导的功能核酸生物传感器研究进展

DNA/银纳米簇(DNA/Silver nanoclusters,DNA / Ag NCs)是以DNA为模板,NaBH_4和银离子为反应物生成的一种新型荧光纳米材料。近年来,银纳米簇以其出色的光物理性质、良好的生物相容性、低成本、低毒性等优点成为了生物传感器设计及应用研究的一个热点。对DNA/银纳米簇介导的生物传感器的信号输出方式进行分类,并总结了DNA / Ag NCs在体内成像和抑菌方面的应用;最后,对DNA/Ag NCs介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望。     

糖纳米材料的研究进展

纳米材料在电子学、光学、磁学和生物医药等方面有着广泛的应用。在过去的20年,金属纳米微粒已经成功地与多肽、蛋白质和DNA结合,但糖类物质直到2001年才被引入到纳米科学中。糖纳米微粒能够很好地构建类似细胞表面糖类表达的生物细胞模型,成为糖生物学、生物药学、材料科学中十分出色的研究工具。随着研究的深入,糖纳米材料由于其制备简便,具有独特的物理、化学和生物性质,其在生物医学成像、诊断及治疗等方面有着广泛的应用前景。     

纳米生物催化的研究现状和发展态势

纳米生物催化领域包括:(ⅰ)利用纳米技术或纳米材料调控生物催化剂的效率;(ⅱ)直接利用纳米材料或技术实现生物催化功能,并拓展生物催化在非友好环境及疾病诊疗中的应用.纳米生物催化已成为纳米生物学重要的研究领域,主要涉及纳米载体固定化酶和纳米材料人工模拟酶(纳米酶).一方面,可以借助纳米技术或材料所具有的特殊纳米效应来增强生物催化剂的效率和稳定性.另一方面,从模拟酶的理念出发,借助纳米材料自身所具有的催化能力,直接实现对生化反应的催化,这类具有酶学特性的纳米酶被视为新一代人工模拟酶.近年来,基于纳米载体固定化酶和纳米酶技术的纳米生物催化已在疾病诊断和治疗、化工制药、环境处理等领域得到了广泛研究,并展示了其具有重要的应用价值.本文简要综述了纳米载体固定化酶和纳米酶的发展历程及应用进展.