纳米技术在医疗诊断、成像方面的应用.ppt

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
前言
长度仅为 1~ 100 nm 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
生物相容性
靶向定位能力
纳米技术的优势
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< 20 nm, 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。
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,而棒状金纳米颗粒则具有横向和纵向两个SPR峰。其中纵向SPR(LSPR)峰的位置取决于金纳米棒颗粒的长短轴比,因此通过制备不同长短轴比的金纳米棒颗粒,可以实现其人为调控(从可见光区到近红外区,见图2)。