纳米技术在医疗诊断、成像方面的应用.ppt

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纳米技术在医疗诊断、
成像方面的应用

主要内容
前言
纳米技术的优势
纳米技术在医疗成像中的应用
纳米技术在医疗诊断中的应用
纳米技术在医疗方面的发展趋势
前
长度仅为1~100nm的纳米装置能够自
由进出人体细胞,与以往的诊断和治疗手
段相比具有体积小,生物相容性好和器官
靶向能力强等优势,为生物医学研究提供
了新的多功能平台。如纳米载体则能够
大大提高靶向释药的剂量和精确度以及
降低毒副反应,从而在人体无创的状态下
更有效地治疗肿瘤
大小
纳米技术的优势
生物相
容性
靶向定
位能力
大小
纳米技术最显而易见的优点就是它的大小。纳米级的
装置或者其主要部分与生物体的大小基本相当(如图1
所示)。纳米粒子直径<20nm,可以自由进入血管壁,
例如磁性纳米粒子,可以用来对扩散到淋巴结的病症进
行成像。此外,纳米粒子小到能够避免脾脏和肝脏吞噬,
用它来输药能大大延长药物的代谢周期。另一方面,尽
管纳米粒子非常微小,但是它们已经足够容下几万个原
子和小分子,例如核磁共振造影剂钆( gadolinium,原
子序64,Gd),从而为观察早期肿瘤的发生及一些其他疾
病提供了更高的敏感度。
水分子抗体细菌
葡萄糖
病毒癌细胞
句号网球
101110102103104**********nm
①●圖
脂质体缟染豢金纳量子点富勒分子
图1纳米粒子的相对大小
生物相容性
对纳米粒子表层进行化学修饰可增强其溶解能力和生物
相容性。在纳米粒子表面附着亲水多聚物,如聚乙二醇
polyethylene glycol,PEG),可以大大改善纳米粒子的
亲水性能(即溶解能力)和在体内的相容性,同时还可保护附
着的蛋白免受体内酶的降解。没有任何表面修饰的纳米粒子
当被注射到血管内时,会很快被血管中的网状内皮组织系统
清除,而表面带有亲水基团的纳米粒子更不易被调理和被巨
噬细胞清除,因此具有更长的半衰期。纳米粒子的表面电荷
也能影响它的生物相容性和穿越生物体内屏障的能力。纳米
粒子的生物相容性优势将大大推进药物的发明与制造。美国
食品与药物管理局(FDA)现已批准使用和投入市场的就有若
干种类的分子实体,其中有目前应用最为普及的为脂质体
脂质体( Liposome)是一种定时定向药物载体,属于靶
向给药系统的一种新剂型
靶向定位能力
在过去的二十多年中,基础肿瘤生物学取得了卓越的
进展然而这些进步却很少能转化成临床应用。究其根源,
缺乏有效的治疗手段,无法做到在有选择性地治愈肿瘤的
同时对身体其他部分造成少量甚至零的损伤是主要原因。
通常来说增加药物功效的途径有2个:一是增加药物对靶
标的选择度;二是改造药物成分,使之能克服生物体内的
屏障从而更快更有效地到达靶标。纳米粒子表面具有高
度的可修饰性,使用纳米粒子靶向输药将大大改进对肿瘤
及其他疾病的治疗手段。通过修饰纳米粒子的表面化学
特性,研究人员现在能够将成像、靶向和治疗成分附着在
同一个纳米粒子表面,同时还能显著增强信噪比,并且不需
要再用同位素来标记药物。
纳米技术在医疗成像中的应用
金纳米棒在医疗成像中的应用
金纳米棒( gold nanorods,GNRs)是一种胶囊状的金纳米颗粒,比球形金
纳米粒子具有更为奇特的光电性质,有可调的表面等离子共振特性(SPR)以
及合成方法简单、化学性质稳定、产率高等优点。
金纳米棒作为一种新型的近红外荧光探针,具有以下优点:
,适于活体观察,光漂白作用小;
,可达几个厘米,不受自身背景
荧光及光在体内组织上散射等因素干扰,因而可实现深层组织的生物成像,
能够进行体外或体内的非破坏、非介入性分析。
金纳米棒在细胞中成像原理
金纳米棒的强光学散射和吸收特性,特别是其具有的纵向可调谐的SPR峰
使其更适合作为光学探针,用于生物细胞成像的研究。
纳米技术在医疗成像中的应用
金纳米颗粒具有突出的表面等离子共振性质。这种特
殊的性质来源于入射光与金纳米粒子的自由电子相互作用
当入射光的波长与自由电子的振动频率发生共振耦合时,
就会产生表面等离子体共振(SPR),在紫外-可见光谱上显
示强的吸收峰。SPR峰的位置主要取决于以下几个因素:纳
米粒子的大小、形状、表面电荷、环境介质条件等。与球
形的纳米金颗粒相比,棒状的金纳米颗粒具有更为特殊的
SPR性质。球形的纳米金颗粒表现为单一的SPR峰,而棒状