综述——新型纳米生物材料的研发：磁性纳米材料：化学合成、功能化与生物医学应用

磁性纳米材料,由于其独特的磁学性能、小尺寸效应,被广泛应用于生物医学领域．本文总结了磁性纳米材料的化学设计与合成、表面功能化方法,及其在核磁共振成像、磁控治疗、磁热疗和生物分离等生物医学领域的应用进展．     

磁性纳米材料的生物医学应用进展

以四氧化三铁为代表的医用磁性纳米材料具有独特的磁学性能、表面易功能化、良好的生物学相容性等特点,在纳米医学相关领域展现出巨大的应用前景,特别是近年来它作为可介导外场的智能材料,在材料设计和生物医学应用方面均取得了突破性的进展.鉴于此,本文围绕磁性氧化铁纳米材料的生物医学应用,着重介绍近年来其在磁共振影像探针、磁热和磁力效应的生物医学应用、诊疗一体化以及纳米酶催化等领域的研究进展,并对磁性纳米材料在生物医学领域未来的发展方向进行了展望.     

磁性纳米磁珠在微生物学检测中的应用

磁性纳米材料因具有磁响应性和可修饰等特点,被广泛地应用于生物技术各领域。本文介绍了磁性纳米材料的主要合成方法和表征,对其在生物医学领域的应用,特别是在微生物检测中的应用进行了综述。     

贵金属-磁性异质结构纳米材料及其生物医学应用

异质结构纳米颗粒不仅可以同时拥有多种单组分纳米颗粒不同的性能,实现多功能化,还可能因组分间的相互耦合作用而产生单组分颗粒不具备的新性能,因而在化学化工、生物医学、能源催化等领域引起广泛关注.贵金属具有特殊的光学性质和催化活性;磁性纳米颗粒拥有优异的磁性能,因而备受研究人员关注.贵金属-磁性异质结构纳米材料集合了两种材料优异的性能,能通过不同的异质结构展现出不同的性质.本文根据异质结构的类型,将贵金属-磁性异质结构纳米材料分为核壳结构、蛋黄-壳结构和哑铃结构3种,总结了不同贵金属-磁性异质结构纳米颗粒的特性、制备方法及应用,并重点论述了其在诊疗一体化探针、多模态成像探针和刺激响应型药物载体生物医学领域上的应用.     

磁小体的生物合成及用于肿瘤靶向治疗的研究进展

趋磁细菌产生的磁小体是生物膜包被的磁性纳米颗粒,具有优良的纳米磁特性;相比化学合成的磁性纳米材料,其生物来源赋予磁小体更好的生物相容性和遗传可操作性.在生物医学领域,除了用于磁热疗进行肿瘤治疗外,最近几年其作为靶向药物载体、可能参与肿瘤微环境调控的性质得到研究者的广泛关注;同时DNA重组技术的发展解决了磁小体的产率低而趋磁细菌难培养的问题.本文综述了磁小体的生物合成及其相关研究进展,并对其应用前景进行了展望.     

基于磁性纳米材料的肿瘤靶向治疗研究进展

磁性纳米材料具有独特的磁学性质，可响应外磁场，产生力、热等效应。如在静磁场下将药物磁靶向递送至肿瘤部位；低频交变磁场下可将纳米药物主动渗透至病灶部位，实现瘤内均一分布；中频交变磁场作用下磁滞损耗产生热和增强的活性氧，用于肿瘤治疗。磁性纳米材料同时具有尺寸依赖的磁学性质以及表面多功能化等特点，可将磁靶向、分子靶向以及磁热疗联合。此外，磁性纳米材料具有磁共振成像性能以及纳米酶催化特性，使其在肿瘤诊疗一体化治疗方面获得了广泛应用。近年来，纳米给药系统不断被优化，基于磁性纳米材料的肿瘤靶向治疗也得到了长足的发展。鉴于此，本文围绕提高靶向肿瘤治疗效果，从磁靶向药物治疗、被动靶向磁热疗和主动分子靶向磁热疗、纳米酶特性以及诊疗一体化应用等几方面出发，综述了基于磁性纳米材料的肿瘤靶向治疗研究进展。     

磁场响应的纳米材料与磁热效应生物医学应用

以氧化铁为代表的磁场响应型纳米材料具有良好的生物相容性、独特的磁学性能、可调控的体内代谢行为,而且易于表面修饰。上述特性使磁场响应型纳米材料及磁调控的生物学效应在分子检测、疾病诊断和治疗等诸多生物医学领域展示出巨大的应用潜力。本文介绍了近几年出现的新型磁场响应型纳米材料以及其磁热效应,比较了宏观磁热与纳米磁热效应,并对磁热效应在肿瘤治疗及其他生物医学应用进行了阐述。     

Fe3O4磁性纳米粒子在生物医学领域的应用

Fe_3O_4磁性纳米粒子由于其良好的磁学性能,被广泛应用到了化学、生物、物理、环境保护等各个领域。尤其是在生物医学领域中的应用越来越受到研究者的关注。由于其所具有的优秀的超顺磁性性质,Fe_3O_4磁性纳米粒子可以作为造影剂,增强核磁共振成像的对比度和成像效果;也可以结合到纳米载药系统内用于药物的靶向输送;也可以包埋到蛋白内部用于蛋白的磁性分离;也可以用于基因治疗,提高靶细胞的转染效率;由于其在近红外光的作用下具有很好的光热转换效果,使温度升高,展现出的良好热疗效果,Fe_3O_4磁性纳米粒子又可以用于癌细胞的热疗。本文针对其在该领域中作为药物的靶向传递,蛋白的磁分离,核磁共振成像,热疗,以及基因治疗的载体等方面的研究应用进行了系统性的总结,阐述了Fe_3O_4磁性纳米粒子在生物医学领域中各种应用进展和优势。     

纳米材料生物效应研究进展

随着纳米技术的快速发展,纳米材料在医学成像、疾病诊断、药物传输、癌症治疗、基因治疗等领域的应用和基础研究也在飞速发展.同时,纳米材料的这些有益应用使得人体通过吸入、经口、皮肤吸收和静脉注射等不同方式受到暴露.当纳米材料与生物体系发生相互作用时,有可能产生负面生物学效应,而这些潜在的毒理效应都是未知的.综述了纳米材料在生物医学领域巨大的应用前景,关注其对心血管系统、呼吸系统及转运到其他器官可能造成的负面效应,并探讨了纳米颗粒在引起心血管疾病及肺部炎症方面的可能机理与作用途径.最后对纳米材料的安全性评估和研究重点进行了总结.     

多光谱成像技术在生物医学中的应用进展

多光谱成像(multispectral imaging,MSI)技术在生物医学可视化方面是一种新技术,它结合了两个已建立的光学模块:成像学和光谱学。它的原理是基于液晶可调谐滤光片,从可见光到近红外波长(400-970nm)区域获取多光谱图像。自从MSI系统加上显微镜商品化以来,MSI已经成为一种快速发展的领域,可应用于细胞生物学、临床前药物开发和临床病理学等。国外已有大量关于MSI在生物医学中应用的研究报道,但国内报道少见。本文主要对多光谱成像的基本原理,近三年内该技术在生物医学领域的应用进展作一简要综述。     

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-金属纳米材料在分子识别和药物递送中的应用

分子识别和药物递送对疾病的早期诊断和靶向治疗至关重要。DNA作为一种天然纳米分子，具有良好的生物相容性、分子识别性及序列可编程性等特点，因此在生物医学研究中受到广泛关注。然而，DNA纳米材料存在依赖于光响应系统且不能穿透细胞膜等缺点，导致单独使用无法满足实际应用的需求。近年来，涌现出大量DNA-金属纳米材料，这些复合材料具有光化学特性、组织穿透能力和药物装载能力等功能，克服了单一材料的缺陷，在生物传感、生物成像和药物靶向递送中表现出巨大的应用潜力。本文集中于3种近年热门的DNA-金属纳米材料（DNA-铜纳米材料、DNA-上转换纳米材料、DNA-金属有机框架纳米材料），依据DNA与各金属纳米材料的结合方式进行合理分类，介绍其在生物传感、生物成像和药物递送中的最新应用进展，并对未来发展方向进行了展望。     

纳米材料在生物医学检测中的应用

纳米技术的兴起,对生物医学领域的变革产生了深远的影响。纳米材料是纳米技术发展的重要基础,它具有许多传统材料所不具备的独特的理化性质,因此在生物医学、传感器等重要技术领域有着广泛的应用前景。对几类常见的纳米材料包括纳米金、量子点、磁性纳米粒子、碳纳米管和硅纳米线在蛋白质、DNA、金属离子以及生物相关分子检测方面的应用进行综述。     

光声成像造影剂的研究进展

光声成像(PAT)是利用光声效应获得生物组织或材料的断层图像或三维立体图像的一种成像方法,它兼具光学和声学成像的优点,从而成为目前比较有应用前景的一种成像模式。光声成像造影剂是光声成像的对比增强剂,它通过改变局部组织的声学和光学特性,提高成像对比度和分辨率,从而显著增强光声成像的成像效果,成为当前生物医学领域研究的一个热点。目前常见的光声成像造影剂主要有金纳米材料,碳纳米材料,染料相关纳米材料以及其他纳米材料,这些材料有它们独特的优势,它们尺寸小,稳定性好,具有良好的生物相容性,但在临床应用时本身又存在一些问题。本文综述了光声成像造影剂的种类并简要概述了其研究进展,并对其未来在生物医学领域的应用前景做了进一步展望。     

叶酸修饰的磁性纳米材料在肿瘤诊断和治疗中的应用进展

癌症是威胁人类健康的主要疾病之一,由于检测方法和治疗手段的局限,其成为全球主要的公共卫生难题。叶酸修饰的磁性纳米材料由于同时具有肿瘤细胞靶向性和磁性,不仅可以用于肿瘤组织的成像和肿瘤细胞的检测,还可以用于肿瘤患者的磁热疗、药物载体和基因载体,为肿瘤的靶向诊治提供技术手段。本文综述了叶酸修饰的磁性纳米材料在肿瘤诊断和治疗中的研究进展。     

介孔碳纳米材料的制备及其在药物传递方面的应用进展

新型功能性纳米材料在设计和制备技术方面的进步为纳米医学的发展提供了很大的机遇。在过去十年中,介孔碳纳米材料在制备和应用方面获得了巨大的进步。作为一种新型无机材料体系,介孔碳纳米材料结合了介孔的结构以及碳质组成的特点,显示出不同于传统介孔二氧化硅以及其它一些碳基材料体系(碳纳米管、石墨烯、富勒烯等)的优越特性。介孔碳纳米材料在药物的吸附与控释、光热治疗、协同治疗、肿瘤细胞的荧光标记、催化、生物传感、生物大分子的分离等诸多领域表现出其他多孔材料难以达到的优越性和应用潜力。本文对介孔碳纳米材料的制备和修饰技术进行介绍,重点关注介孔碳纳米颗粒在药物负载和光热控释方面的应用,最后对介孔碳纳米材料在生物医学领域的应用前景和所面临的关键问题进行讨论。     

铁蛋白的生物工程应用

铁蛋白是一种普遍存在于生物体内的储铁蛋白,具有铁离子代谢、抗氧化胁迫及消除其他过量金属离子毒害作用的功能。随着对铁蛋白结构和生化功能认识的深入,铁蛋白作为一个含有四氧化三铁核心的特殊蛋白复合体,被广泛应用于生物医学、纳米材料、生物分子成像等各种生物工程领域。该综述针对已知的主要铁蛋白分子,论述了铁蛋白的结构及酶活性机理,基于铁蛋白的多功能分子骨架应用,以及基于铁蛋白磁性的生物分子开关等热点研究,最后对铁蛋白生物工程、生物医学领域的应用和发展进行了展望。     

聚合物囊泡在生物医学领域中的应用

聚合物囊泡是近年来新兴的一种自组装软性纳米材料。由于其优越的理化性质,聚合物囊泡已经受到了巨大的关注并且已经被利用在多个领域。文章综述了聚合物囊泡作为药物投递载体进行小分子化合物给药治疗肿瘤和反义核酸投递进行基因治疗;模拟细胞功能重建了ATP合成过程及模拟体内三酶偶联反应过程;作为近红外荧光探针在活体深层组织荧光成像技术等生物医学领域中的应用。     

氧化石墨烯荧光性能在生物医学领域的应用

石墨烯(graphene)作为一种新兴产物在生物医学领域的应用越来越广泛,氧化石墨烯(graphene oxide,GO)作为石墨烯的重要衍生物之一,得益于其异源的电学结构,因而在一定波长范围内可以产生荧光。正是这一性能使得GO在生物医学领域有着巨大的潜力,主要介绍了近年来GO的荧光性能在分子检测、疾病诊断、细胞成像等方面的应用,并展望了其发展前景。     

普鲁士蓝纳米粒子在生物医学诊断和治疗中的应用及进展

随着生物医学诊断和治疗的持续深入研究,出现了多种医学诊断和治疗新方法,为人类的健康提供了更大的保证,其中纳米生物技术在生物医学诊断和治疗中的应用日益增多,基于纳米技术,开发传统材料的生物医学新应用成为了人们的研究热点。普鲁士蓝是一种历史悠久的蓝色染料,其制备过程简单、绿色、成本低,化学结构稳定,具有优良的物理、化学、光学以及磁性等性能,已经在许多领域得到了广泛的应用。近年来,普鲁士蓝开始在生物医学诊断和治疗领域中崭露头角,它已经成功的被开发为新型的核磁共振造影剂和光声成像造影剂,并且在药物输送系统和光热治疗等领域也开始占有一席之地,开发基于纳米技术的普鲁士蓝的生物医学应用已经成为极具吸引力的研究方向。本文对普鲁士蓝在生物医学诊断和治疗中的应用及进展进行综述。