生物医学材料

1、光热治疗纳米粒子光热治疗纳米粒子2CONTENT光热治疗光热治疗纳米材料光热治疗纳米材料的应用光热治疗纳米材料分类文献举例3ADD TITLE光热治疗：光热治疗是通过激光照射（近红外光）的方法，改变肿瘤细胞所处环境，将光能转换为热能，达到一定温度，从而杀死肿瘤细胞，达到治疗目的。4ADD TITLE光热治疗纳米材料种类：1）传统的有机化合物，如吲哚菁绿，聚苯胺。缺点是低光热转换率和严重光漂白。2）碳纳米材料，如碳纳米管，石墨烯，还原性石墨烯。3）贵金属纳米材料。5ADD TITLE纳米材料在光热治疗中的应用：金纳米材料随其形状和尺寸的改变，其物化性质也随之改变。其中金纳米棒、金纳米笼、金纳米球

2、壳材料等因其独特的物化性能而在生物医学领域有着广泛而重要的应用前景，尤其令人感兴趣的是其光学性质，特别是其近红外消光特性，即表面电子的等离子共振响应（Surface Plasmon Resonance，SPR），其吸收峰在可见光区至近红外光区之间可调。近红外区（8001200 nm）是机体组织的透过窗口，近红外光在机体组织透过率最高，与其它波段光相比对人体损害最小，寻求在近红外光区有良好光学特性的材料用于生物医学领域一直是人们的理想选择。基于纳米金近红外光热转换功能，出现了一种新型肿瘤光热疗法纳米金介导的近红外线（Near-infrared Ray，NIR）热疗。2003年美国Rice大学的J

3、.Halas教授组报道了将金纳米球壳材料包覆SiO2与人乳腺癌细胞一起进行体外培养，近红外激光辐照使细胞发生不可逆的热损伤，磁共振成像引导的体内动物实验也得出了类似的结果，之后他们又进行了金纳米球壳材料热消融治疗肿瘤、金纳米球壳与特异性抗体结合免疫靶向治疗肿瘤等一系列研究，自此纳米金介导的近红外热疗治疗肿瘤成为国际医学界研究的焦点6光热治疗纳米粒子金纳米棒金纳米棒 硫化铜亚微米硫化铜亚微米 超结构超结构 金纳米笼金纳米笼 碳纳米管7碳纳米管碳纳米管，特别是单壁碳纳米管（SWNTs），吸引了在生物医学领域的重大兴趣，因为其在在生物检测，药物运输，光疗和生物医学成像等领域具有潜在的应用。由于单壁碳

4、纳米管独特的一维（1-D）的结构，单壁碳纳米管因其尖锐的电子态密度在范霍夫奇点具有很强的共振拉曼散射。在活细胞中的单壁碳纳米管的拉曼成像最初由海勒等人在2005年报告，体内拉曼成像已经由Zavaleta等人在2008实现。刘庄教授课题组13研究的贵金属修饰的单壁碳纳米管在表面增强拉曼成像及光热治疗的应用，研究中，通过一种由金种连接、金种生长及表面修饰所组成的液相中原位合成的方法，在DNA修饰的单壁碳纳米管上原位生长金或银纳米粒子,得到能够稳定存在于生理环境中的SWNT-Au-PEG和SWNT-Ag-PEG复合物。由于表面修饰的金或银纳米粒子的存在，单壁碳纳米管-金属复合物表现出优异的浓度及激发

5、光源依赖的表面增强拉曼效应。连接好叶酸靶向分子的SWNT-Au-PEG-FA复合物与目标癌细胞共同培养后，可实现快速的拉曼成像，其成像时间与传统SWNTs探针相比大为缩短。图2.1贵金属纳米粒子通过种子生长在共价官能化的单壁碳纳米管上。目标癌细胞的光热治疗 (a) 808 nm 激光照射下三种试样的温度曲线. (b) SWNT-Au-PEG-FA,SWNT-Au-PEG, SWNT-PEG-FA, and SWNT-PEG处理KB 细胞时相对的细胞存活率（有或无激活照射）(c?f) 光学显微镜下的成像，KB 细胞分别与SWNT-PEG (c), SWNT-PEG-FA (d), SWNT-Au

6、-PEG (e), or SWNTAu-PEG-FA (f)孵育。（绿色，活细胞）/（红色，死亡细胞）。8金纳米棒 金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的棒状金纳米颗粒。金是一种贵金属材料，化学性质非常稳定，金纳米颗粒沿袭了其体相材料的这个性质，因此具有相对稳定，却非常丰富的化学物理性质。金纳米棒拥有随长宽比变化，从可见(550 nm)到近红外(1550 nm)连续可调的表面等离子体共振波长，极高的表面电场强度增强效应(高至10e7倍)，极大的光学吸收、散射截面，以及从50%到100%连续可调的光热转换效率。由于它独特的光学、光电、光热、光化学、以及分子生物学性质，金纳米棒在材料科学界正受到强

7、烈的关注，并引发众多材料学家、生物化学家、医学家、物理学家、微电子工程师等科研工作者对之进行广泛和深入的研究9 硫化铜亚微米超结构 (CuS) 亚微米超结构光热转换材料。利用水热法制备的亲水性硫化铜(CuS) 超结构具有增强光吸收能力的特性，大幅度地提高了980 nm激光的吸收效率，进而使光热转换能力得到了很大的提高；激光照射过程使用的激光强度（0.51 W/cm2 ）远低于美国规定的980 nm激光的人体皮肤安全使用标准重要的是，体外和体内试验都证明了该超结构材料在肿瘤的光热治疗上非常有效。而毒性试验证明了该材料具有较低的毒性。值得注意的是，与传统的光热材料，如Au 纳米棒、Au纳米空心球和

8、碳纳米管等相比，该CuS亚微米超结构材料具有低成本、低毒性、高光热转化效率的特点，因而在癌症的治疗方面有重要的研究意义和光明的应用前景。10金纳米笼 夏幼南教授组利用金纳米笼作为抗癌药物和酶的载体，在激光照射下，可以有效地控制药物和酶的释放。同时金纳米笼具有光热治疗作用结果表明装载 DOX 的金纳米笼治疗效果比单纯的金纳米笼效果要好。是酶释放的曲线，随激光照射时间的延长，释放的酶的量逐渐增加。11图片展示 金纳米棒 碳纳米管 12用一种新方法合成ZnO/Ag微纳米颗粒增强光催化性和抗菌性 文献出处：13摘要 通过自主设计的同心撞击流微反应器结合微波技术合成不同银含量的一系列的氧化锌/银微/纳米

9、球（MNSS）各种表征结果表明，银纳米颗粒的平均直径约15纳米的成功沉积在氧化锌微球，微球大小从300-700纳米不等。纳米ZnO颗粒直径小于10纳米的。光催化一系列的ZnO/银MNSS的性能进行了对甲基橙评价，抗菌性能对大肠杆菌进行了测试。所有的结果表明，该光催化剂和氧化锌/银MNSS的装载有不同的Ag含量的抗菌活性是优于纯的氧化锌。最佳负载Ag含量约为7.5（原子）照射30分钟MO几乎完全降解，提高光催化和ZnO/银MNSS的抗菌性能。这种制造方法简单，可连续生产，成本低的优点，所以它是更适合于在工业大规模连续生产氧化锌/银MNSS。14实验流程图 同心撞击流微反应器15实验过程图 氧化锌

10、纳米颗粒经导向粘附成氧化锌纳米微球，再经过氧化银和柠檬酸钠作用变为氧化锌/银微纳米颗粒16结果与表征17光催化原理18XPS表征19光催化表征20抗菌性表征21结论 基于自主设计同心冲击流微反应器结合微波技术，通过采样，快速，高效，安全，绿色的方法，不同的银含量一系列的氧化锌/银MNSS成功合成此复合材料具有优良的光催化和抗菌活性根据它的晶体结构和形态将增加光生电子的分离率和孔。最优Ag含量是约7.5（原子）作为在MO时照射30分钟后UV光几乎完全降解这些结果表明，氧化锌/银MNSS具有优良的光催化性和合成的抗菌活性，而这种高效率的和大规模连续制造方法具有很大的潜力可扩展到其它金属 - 合成材

11、料。22一种多功能剂Na0.3WO3棒用于体内双模式成像和光热治疗癌细胞 文献出处23摘要影像诊断和光热消融（PTA）的治疗的组合已成为潜在治疗癌症的方法。特别是，钨青铜具有许多独特的性能，如宽近红外（NIR）吸收和大的X射线衰减系数。然而，这些材料具有很少被报道为一种X射线计算机断层扫描（CT），造影剂和光热剂。在此，我们合成了聚乙二醇化的纳米棒Na0.3WO3（平均尺寸39纳米5纳米）通过简单的一釜溶剂热路线。正如我们所料，准备聚乙二醇化Na0.3WO3纳米棒表现出强烈的NIR吸收，由于W5+。这些聚乙二醇化Na0.3WO3纳米棒也显示了优异的CT成像效果和29.95克胡L-1（高得多的高

12、胡值比碘帕醇的数字（19.35克，HU L-1），由于大原子序数和X射线的钨的固有性质衰减系数。此外，升温并在体内光热实验表明所合成Na0.3WO3纳米棒可以是一个有效的光热剂，因为它们具有低毒，高效率和良好的耐光性。24实验过程 搅拌溶解 缓慢加入 800转每秒 0.2380gWCl630ml脱水乙醇0.024gNaOH50ml四氟乙烯内衬的高压釜（180进行24小时）蓝色产物离心洗涤4次（60真空干燥）Na0.3WO3纳米棒25表征与结论26紫外-可见吸收和XPS表征强烈的近红外吸收也可以归因于氧不足之处，从而诱发小极化子。为了说明含聚乙二醇化Na0.3WO3棒氧的不足，光致发光（PL）进

13、行了研究使用荧光分光光度计，记录在激励波长为240纳米。光致发光光谱清楚地示出了聚乙二醇化Na0.3WO3纳米棒含有相当数量的氧缺陷。此外，Na0.3WO3纳米棒的组合物采用X射线光电子能谱XPS图。对于Na0.3WO3纳米棒，对应于W4f峰（图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+。不同价态的W的原子可以进一步证明氧的存在不足之处，这被认为原因是NIR吸收。此外，类似的一些关于过渡金属化合物，如四氧化三铁的纳米结构，纳米Fe3O4和硫化铜上层建筑，钨离子的价数变化进一步证实强烈吸收近红外区域是从D-D派生电子跃迁。 2

14、7透过率及CT影像表征图3a 具有915纳米波长的PTA激光用于治疗癌症。聚乙二醇化Na0.3WO3纳米棒的水分散体与各种浓度，范围从0.03至1毫克毫升-1。没有Na0.3WO3纳米棒基本没变化，随着Na0.3WO3纳米棒的浓度增加温度越高。图4b聚乙二醇化Na0.3WO3纳米棒水分散体，从0到10.0毫克ML-1（图4a）。拟合线呈现系数结果的准确度，这依赖于分散的聚乙二醇化Na0.3WO3纳米棒水分散液。胡值的斜率为约29.9528细胞存活率及CT影像表征图5a 细胞的毒性不同浓度的聚乙二醇化Na0.3WO3纳米棒TC71肿瘤细胞在由CCK8测定。聚乙二醇化Na0.3WO3纳米棒稀释在D

15、MEM培养基中，孵育TC71细胞在5CO 2在37下24小时没有显著PEG化Na0.3WO3纳米棒的细胞毒性细胞增殖，即使在高浓度高达0.5毫克毫升-1中，作为细胞存活率几乎98.9。当浓度增加至1.0毫克毫升-1。细胞存活率为80以上29小白鼠实验结果分别取不同的时间间隔激光照射红外热成像和温度。该区域11外框的区域与注入的聚乙二醇化Na0.3WO3纳米棒低于5分钟的照射产生了更多的显著温度升高。相反，范围从29.3C至32.4在区域存在一些温度变化对照组12框区域。对于Na0.3WO3纳米线的注射的小鼠中，肿瘤表面温度的变化示于图7b。应该注意的是，温度升高迅速在第30秒时，27.3上升至

16、50.9;将温度在约56，保持稳定而足够高，以“煮”的肿瘤细胞。在57.3，300秒的高值，这意味着该温度照射下5分钟增加30。这些结果表明，在Na0.3WO3内的纳米棒肿瘤仍然有一个很好的光热效应。30结论 总之，我们开发了钨的的双功能剂钨青铜通过简单一釜法CT成像和光热疗法。由于W5+的存在，以及强X射线衰减系数，所述PEG化的Na0.3WO3纳米棒表现出强烈的NIR吸收和杰出CT成像效果，它可以达到靶诊断和治疗。体外光热实验表明，我们的聚乙二醇Na0.3WO3纳米棒可以在低浓度下获得足够“厨师”肿瘤细胞，这表明这是一个安全和稳定的光热剂具有高有效性。作为一名CT造影候选人，聚乙二醇化Na

17、0.3WO3纳米棒有很大的空间分辨率和灵敏度在体外实验和TC71肿瘤小鼠。肿瘤可瘤内注射后观察用10mg/mlNa0.3WO3 100微升。在体内小鼠模型中的治疗实验进一步发现了聚乙二醇化Na0.3WO3纳米棒似乎是一个非常有效的光热剂，使优良的近红外光的响应在低剂量肿瘤消融的效果。此外，没有任何明显的在实验过程中观察到毒性，这表明PEG-400封端Na0.3WO3纳米棒具有一个良好的生物相容性。 PEG化Na0.3WO3棒具有低毒性，优良的光热效应，一高光热稳定性和很好的CT成像的效果，这使得有可能它们的潜在用途在临床应用。31部分参考文献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 黄鹏，崔大祥，纳米材料的可控合成，功能化及其在肿瘤治疗中的应用，中国知网，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. 肿瘤纳米诊断和治疗技术的研究现状与发展前景J. 中国肿瘤生物治疗杂5 Song, H.,He, R.,Wang, K., et al. Anti-HIF-1 alpha antibody-conjugated pluronic triblockcopolymer