调制磁性纳米颗粒提高磁热性能的研究

磁性纳米颗粒具有独特的磁学性质,即在外加交变磁场下因产生磁滞释放热量,使其在生物医学领域,特别是肿瘤磁热疗,获得了广泛应用.到目前为止,磁性纳米颗粒介导的磁热疗成为一种治疗癌症的有效手段,已进入临床三期实验.因此,针对磁性纳米颗粒本身,优化设计尺寸、形貌、组分和表面修饰来提高其磁热性能,进而减小临床应用中的颗粒浓度来最小化毒副作用的研究,对肿瘤治疗及生物医药研究具有十分重要的意义.本综述详述如何优化调制磁性纳米颗粒以提高其磁热性能,为高效、低毒的磁性纳米颗粒的设计提供了指导性的研究方向.     

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.     

纳米粒子-生物分子复合体的合成及其在生物医药领域的应用

纳米粒子具有独特的光、电和催化性质;生物物质具有识别、催化和抑制的特性;纳米粒子连接生物分子从而合成了具有生物上的电、光性质的纳米粒子—生物分子复合体。本文介绍了纳米粒子-生物分子复合体系的合成,以及这些纳米粒子—生物分子复合体在生物医学领域的应用及研究进展。     

红条毛肤石鳖齿舌牙齿内Fe3O4的研究

目的:探讨红条毛肤石鳖齿舌牙齿内磁性纳米物质(Fe3O4)的晶体结构、磁畴及磁晶各向异性等磁学性质.方法:从红条毛肤石鳖齿舌主要横向牙齿中提取出磁性纳米磁性矿物质(Fe3O4),用高分辨透射电子显微镜,扫描电子显微镜研究其外貌及晶体结构,用磁力显微镜观察其磁畴结构,然后利用超导量子干涉磁强计(SQUID)和磁转矩测量仪测量其磁化曲线,探讨它的磁各向异性.结果:①红条毛肤石鳖齿舌中的磁铁矿为长约几微米、宽约100纳米的长条片壮物质,由尺度约为50纳米的磁铁矿小晶粒及有机物质构成.②小晶粒的[111]方向沿着长条片状物质的长度方向,具有沿着厚度方向的单磁畴结构.③SQUID和磁转矩测量均证明长条片状纳米磁性矿物质的长度方向为易磁化方向.红条毛肤石鳖齿舌中的磁性矿物质与自然界中的磁铁矿具有相同的结构.结论:红条毛肤石鳖齿舌中的磁性物质为具有单畴结构、易磁化方向为[111]方向的Fe3O4晶体.     

磁性纳米生物材料在医学上的应用

磁性纳米生物材料因其独特的性能而具有广泛的应用价值,尤其在肿瘤治疗,细胞及生物分子的分离纯化,临床诊断和组织工程领域,给人类疾病的治疗带来了新的契机和希望。本文介绍和评估了国内外纳米磁粒在医学应用上的进展,并展望了其未来。     

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。     

纳米基因载体在植物遗传转化中的应用

纳米基因载体已成功地应用于生物医学领域并显示了优越的转染效率、良好的生物相容性和有效的基因保护作用。近年来,纳米颗粒作为基因载体在植物转导中的应用潜力越来越受到关注,也为植物遗传工程提供了新的可能性。在阐述纳米载体的特性、在植物细胞中的转导机制及转导优势的基础上,重点讨论了纳米载体在植物转基因中的应用,并对其前景进行了展望。     

创新纳米药物在生物医学领域的现状与展望

随着纳米技术的发展及其在生物医学等交叉领域的不断深入,纳米医学进入了空前繁盛的时代.基于有机、无机以及杂化纳米颗粒的多样化发展,具有独特物理化学性质的纳米制剂在疾病的诊断、治疗、生物成像等多个方面具有广泛的应用.纳米药物的发展也已迈入了新的阶段.通过材料创新、表面修饰、结构设计、新型仿生材料研制、内源性纳米囊泡提取等多种技术手段,传统上作为单一药物载体的纳米颗粒被赋予了多种新功能的同时,其在机体内的作用活性也得到了改善.新一代的创新型纳米药物为癌症等重大疾病的诊断及治疗提供了新的契机.     

纳米探针用于检测环境中重金属污染物的研究进展

重金属污染对生态环境和人类健康具有极大的危害,建立灵敏、快捷、高效的重金属检测方法具有非常重要的意义.现有的检测技术依赖大型仪器设备,在检测条件、时间以及成本上都有较高的要求,难以满足当前检测工作的需要.随着纳米技术的飞速发展,各种纳米材料不同于块体材料的优异特性被广泛开发,在化学和生物检测领域已有广泛的应用.本文主要综述了近几年来常用的几种纳米探针在重金属检测应用中的研究进展,并对各种纳米探针的特点及检测原理进行了阐述和总结.这些纳米探针包括半导体荧光量子点,荧光纳米粒子、金纳米颗粒等材料,由于他们独特的荧光特性、吸收特性、表面等离子共振(SPR)效应、表面能量转移(SET)效应等,在重金属离子检测领域有很大的应用前景.并且根据目前实际环境监测工作的需要,对基于纳米探针的检测手段进行了讨论和展望,旨在为重金属污染物检测研究的发展和进步提供参考.     

纳米金在肿瘤成像和放射治疗领域的应用进展

纳米金颗粒以其优越的理化性质在医学领域发挥独特的作用.近年来越来越多的研究证实了纳米金在肿瘤早期诊断和治疗方面方面有重要作用,尤其是纳米金正被逐步应用肿瘤成像和治疗领域.本文从纳米金的性质,在肿瘤成像和放射治疗方面的应用进展等方面作一综述.     

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．     

Dendrimer functionalized magnetic nanoparticles as a promising platform for localized hyperthermia and magnetic resonance imaging diagnosis

Magnetic iron oxide nanoparticles are a well-explored class of nanomaterials known for their high magnetization and biocompatibility. They have been used in various biomedical applications such as drug delivery, biosensors, hyperthermia, and magnetic resonance imaging (MRI) contrast agent. It is necessary to surface modify the nanoparticles with a biocompatible moiety to prevent their agglomeration and enable them to target to the defined area. Dendrimers have attracted considerable attention due to their small size, monodispersed, well-defined globular shape, and a relative ease incorporation of targeting ligands. In this study, superparamagnetic iron oxide nanoparticles were synthesized via a coprecipitation method. The magnetic nanoparticles (MNPs) had been modified with (3-aminopropyl) triethoxysilane, and then polyamidoamine functionalized MNPs had been synthesized cycling. Various characterization techniques had been used to reveal the morphology, size, and structure of the nanoparticles such as scanning electron microscopy, transmission electron microscope, X-ray diffraction analysis, and vibrating sample magnetometer, Fourier-transform infrared spectroscopy and zeta potential measurements. In addition, the cytotoxicity property of G3–dendrimer functionalized MNPs were evaluated using 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2, 5-diphenyl tetrazolium bromide assay which confirmed the biocompatibility of the nanocomposites. Dendrimer functionalized MNPs are able to act as contrast agents for MRI and magnetic fluid hyperthermia mediators. A superior heat generation was achieved for the given concentration according to the hyperthermia results. MRI results show that the synthesized nanocomposites are a favorable option for MRI contrast agent. We believe that these dendrimer functionalized MNPs have the potential of integrating therapeutic and diagnostic functions in a single carrier.     

Iron Oxide Nanoparticle-Micelles (ION-Micelles) for Sensitive (Molecular) Magnetic Particle Imaging and Magnetic Resonance Imaging

Background

Iron oxide nanoparticles (IONs) are a promising nanoplatform for contrast-enhanced MRI. Recently, magnetic particle imaging (MPI) was introduced as a new imaging modality, which is able to directly visualize magnetic particles and could serve as a more sensitive and quantitative alternative to MRI. However, MPI requires magnetic particles with specific magnetic properties for optimal use. Current commercially available iron oxide formulations perform suboptimal in MPI, which is triggering research into optimized synthesis strategies. Most synthesis procedures aim at size control of iron oxide nanoparticles rather than control over the magnetic properties. In this study, we report on the synthesis, characterization and application of a novel ION platform for sensitive MPI and MRI.

Methods and Results

IONs were synthesized using a thermal-decomposition method and subsequently phase-transferred by encapsulation into lipidic micelles (ION-Micelles). Next, the material and magnetic properties of the ION-Micelles were analyzed. Most notably, vibrating sample magnetometry measurements showed that the effective magnetic core size of the IONs is 16 nm. In addition, magnetic particle spectrometry (MPS) measurements were performed. MPS is essentially zero-dimensional MPI and therefore allows to probe the potential of iron oxide formulations for MPI. ION-Micelles induced up to 200 times higher signal in MPS measurements than commercially available iron oxide formulations (Endorem, Resovist and Sinerem) and thus likely allow for significantly more sensitive MPI. In addition, the potential of the ION-Micelle platform for molecular MPI and MRI was showcased by MPS and MRI measurements of fibrin-binding peptide functionalized ION-Micelles (FibPep-ION-Micelles) bound to blood clots.

Conclusions

The presented data underlines the potential of the ION-Micelle nanoplatform for sensitive (molecular) MPI and warrants further investigation of the FibPep-ION-Micelle platform for in vivo, non-invasive imaging of fibrin in preclinical disease models of thrombus-related pathologies and atherosclerosis.     

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。     

基于超声驱动磁性纳米粒子的肿瘤细胞灭杀

磁性纳米粒子肿瘤热疗技术是目前国际上肿瘤研究的热点.本文提出了一种基于超声驱动磁性纳米粒子(UDMNP)运动进行肿瘤细胞灭杀的新技术,实现磁性纳米粒子的肿瘤治疗.系统研究了肝癌肿瘤细胞HepG2的治疗效果,在一定超声频率下,改变超声功率和超声作用时间,UDMNP具有明显灭杀效果.实验结果显示,较小超声功率下,肿瘤细胞损伤较小,随着超声功率增加,UDMNP对肿瘤细胞表现出明显的灭杀作用.同时,随着作用时间增加,同一超声功率驱动下UDMNP对细胞的灭杀效果也明显提高,光学显微镜观察到细胞形态发生明显变化.本文提出的UDMNP肿瘤细胞灭杀方法的显著优势是减少了化学毒性和有害辐射,是一种物理性机械损伤技术,对促进磁性纳米粒子的临床医学应用有重要意义.     

磁性纳米颗粒作为载体在基因转染中的研究进展

磁性纳米颗粒具有很强的结合、浓缩与保护DNA的作用,具有超顺磁性、较高的安全性和低的免疫原性,可以结合大片段DNA,在外加磁场的作用下可实现安全、高效的基因靶向性运输,提高外源基因的转染效率。由于磁性纳米颗粒的独特性质,使得其作为非病毒载体在基因治疗中的应用进展迅速。我们简要介绍磁性纳米材料的特点、种类及结构,磁性纳米基因载体的特点,以及磁性纳米颗粒作为载体在基因转染中的应用情况。     

葡聚糖磁性纳米颗粒外加磁场对人树突状细胞基因转染效率的研究

目的研究葡聚糖磁性纳米颗粒（the dextran coated magnetic iron oxide nanoparticles,DMN）在外加钕一铁一硼稀土固定磁场的作用下对人树突状细胞转染效率以及安全性的影响。方法先通过磁力计对DMN进行分析;再将修饰有多聚赖氨酸（Poly-L—Lysine,PLL）的DMN携带绿色荧光蛋白pEGFP—Cl质粒报告基因,在钕-铁-硼稀土周定强磁场的作用下,体外转染人树突状细胞,用荧光显微镜直接观察和流式细胞仪检测来评价外加磁场对DMN作为人树突状细胞转染载体效率的影响;在转染后采用MTT比色法测定在磁场干预下的DMN对人树突状细胞增殖和功能的影响以了解其细胞毒性。结果DMN的核心直径〈30nm,具有明硅的超顺磁性,比饱和磁化强度也明显高于相同Fe3O4含量的普通磁块;DMN作为基因载体在外加磁场作用下,转染12h即可将报告基因转染至人树突状细胞内并成功表达,在荧光显微镜下可观察到绿色荧光细胞,24h转染率可达到最高（约为27％）,转染效率较未加磁场组提高了2～4倍。而且转染后的人树突状细胞增殖活性及功能未因DMN外加磁场及其作用时间的长短而受到影响。结论超顺磁性的DMN在外加磁场作用下可以明显、安全、有效地提高对人树突状细胞的转染效率。     

The influence of reaction temperature on biomineralization of ferrihydrite cores in human H-ferritin

Ferritin is not only important for iron storage and detoxification in living organisms, but a multifunctional size-constrained nanoplatform for biomimetic nanoparticles. In order to tailor the biomimetic nanoparticles for future applications, it is essential to investigate the effects of external factors such as temperature on the particle size and structure of reconstituted cores in ferritin. In this study, we systematically investigated the mineral composition, crystallinity, and particle size of human H-ferritin (HuHF) reconstituted at four different temperatures (25, 30, 37, and 42°C) by integrated magnetic and transmission electron microscopy analyses. Our results showed that the particle size of reconstituted ferrihydrite cores (~5 nm) in HuHF was temperature-independent. However, the significant changes of the induced magnetization at 5 T field (M_5T) and remanent magnetization (M_r) at 5 K clearly showed that the crystallinity of reconstituted cores increased with increasing temperature, indicating that the reaction temperature deeply affects the structural order of reconstituted ferrihydrite cores rather than the particle size, and the reconstituted cores become more ordered at higher reaction temperatures. Our findings provide useful insights into biomineralization of ferritin under in vivo fever condition as well as in biomimetic synthesis of nanomaterials using ferritin. Furthermore, the rock magnetic methods should be very useful approaches for characterizing finite ferritin nanoparticles.     

磁性微球的制备及在生物分离应用中的研究进展

磁性微球是一类新型的功能材料,在生物医学工程、细胞生物学和环境工程具有广泛的应用。本文从磁性微球的结构、特性和制备方法进行了探讨,并详细介绍了磁性微球在细胞分离、蛋白质以及核酸的制备纯化领域中的应用。