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该研究创新性地研制了一种可用于炎症超声/生物发光成像的纳米泡,这种纳米MRI灯可以克服现有MRI造影剂的局限

该研究创新性地研制了一种可用于炎症超声/生物发光成像的纳米泡,具备生物发光成像和超声成像的优点,提供了一种无创和高灵敏的精确显示炎症疾病的方法,有望解决炎症成像面临的诸多难题。相关研究成果近期在《ACS
Nano》杂志上发表。

[3]彭叶青,李志豪,刘子恩,袁荃.核-壳型稀土上转换纳米材料的生物医学应用[J].中国科学:化学,2015,11:1159-1177.

研究发表在了《Nature
Material》上,这种纳米MRI灯可以克服现有MRI造影剂的局限。

炎症是一种免疫反应,包括神经退行性疾病和癌症等各种炎症性疾病。目前临床检测使用的发光试剂鲁米诺能与炎症区域产生的髓过氧化物酶(MPO)进行发光反应,从而实现对炎症的生物发光成像。然而,鲁米诺发射的蓝光波长较短,只能用于表皮组织炎症的检测。

0前言生物医学是生物学与医学理论知识与技能相互影响之后形成的学科,主要是通过应用生物学有关技术解决生命科学及医学方面所存在的问题。生物医学能够让人们对于生命成长过程及活动规律更加了解,进而发现疾病发生与发展过程,这样能够为疾病治疗提供新的方向。在生物医学研究中,在对于生命现象研究中经常使用化学探针,其中荧光材料是常见化学探针。但是传统荧光材料具有一定缺陷,对于生命体具有一定损害。稀土上转换材料是一种新型材料,对于生命体损害较小,并且还能够多重标记,使用寿命较长,是生物医学研究中的理想性材料。

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在国家重点研发计划“纳米科技”重点专项的支持下,北京大学戴志飞研究团队制备了一种掺杂了两种亲脂染料的纳米泡(NBs),这种新型纳米泡不仅能够用于超声造影成像,还能够有效地整合生物发光能量共振转移(BRET)及荧光能量共振转移(FRET),将鲁米诺产生的蓝光转换为近红外光,从而实现对深部炎症组织的高灵敏的检测。脂多糖诱导的炎症模型实验证明了这种BRET-FRET策略能够使得被检测的发射光增强24倍。此外,BRET-FRET
NBs也可以利用高空间分辨率的超声成像对灌注后的组织微血管进行成像。与市场上的超声造影剂相比,BRET-FRET
NBs具有更强的对比度增强能力。进一步研究发现,该生物荧光/超声双模态造影剂对乳腺癌动物模型成功显像,且具备很好的生物安全性。

稀土上转换发光材料拥有许多优点,例如低毒性、高化学稳定性、优异的光稳定性、窄带发射、长的发光寿命;另外近红外激光作为其激发光源带来了许多优势,例如较深的光穿透深度,对生物组织几乎无损伤、生物组织不会发光等;这些特征使它们可望成为新一代生物发光标记。下面是小编搜集整理的相关内容的论文,欢迎大家阅读参考。

研究团队现在致力于开发更安全更智能的多任务MRI造影剂,可以同时记录和成像多个生物学目标,提供对生物过程和精确疾病诊断更好的理解。

1.2基于荧光共振能量转移的检测

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1.1基于稀土上转换纳米材料的检测

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5.生命科学教材革新思考与探新

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现在对于上转换荧光成像与MRI结婚研究为光热点课题,就是构建双模态成像探针,并且将探针应用到生物医学领域内。荧光成像能够显着提高生物成像的精准度与灵敏度,并且对于生命体组织穿透深浅度能够调节。于荧光成像相比较,MRI能够有效提高对于生命体内的分辨率,但是所拥有的灵敏度较低,因此需要解决荧光成像与核磁共振成像的优点,所形成的双模态探针不仅仅拥有较高的灵敏度,分辨率与穿透深度能够显着提高。近几年,对于双模态成像探针的稀土上转换纳米材料制备方面已经进行了一些研究。为常见的有两种方式,第一种就是分子的功能化,也就是将配合物等造影剂因公到上转换纳米颗粒表面上,进而形成双模态成像复合探针;第二种就是磁性材料与上转换纳米材料的复合[4]。

来自韩国首尔基础科学研究所纳米医学中心的CHEON
Jinwoo教授领导了一支科研团队,开发了一种新型的纳米MRI灯:只有某种标疾病存在的状态下,新技术平台才会“点亮”MRI信号。

2.1体内深层组织的荧光成像

从原理上讲,除了癌症诊断以外,纳米MRI灯可以应用于检查很多生物事件,例如酶解、pH变化、蛋白质-蛋白质相互作用等。IBS科学家期待它可以同时应用于体内和体外诊断。

时间:2017-07-31 18:16点击: 次来源:好文学作者:佚名评论:- 小 + 大

“尽管我们还有很长的路要走,我们建立了这样一个原理,并相信MRET和纳米MRI灯可以作为一种新的传感原理,以助力广泛的生物系统探索,”Cheon教授总结道。

稀土上转换材料光源是由近红外光激光器发出,能够降低检测对于细胞或者是组织的敢要。在1999年科研人员第一次制备出上转换荧光材料,并且在前列腺组织检测中应用功能,之后上转换纳米材料开始逐渐被广泛应用到生物检测中。在2013年,陈学元课题小组提出了一种新型上转换生物检测方式,利用将Yb与Er结合在上转换纳米颗粒中,对于抗生物素蛋白与肿瘤进行检测。多功能酶标仪能够发现上转换纳米颗粒所发射出来的信号,对于生物分子浓度进行量化分析。本文在对于稀土上环环纳米材料研究中,结合核酸适配体,通过潜在指纹检测方式,利用水热法合成,让上转换纳米材料表面拥有一层油酸,油酸不仅仅能够承担起活性剂的功能,还能够让让聚丙烯酸转移到纳米颗粒上面,进而得到的上转换纳米颗粒不仅仅能够溶解在水中,还能够通过据活性分子与溶菌酶核算相匹配。核酸在对适配体高效结合中,能够在近红外光器下发出可见光源,所呈现出的指纹图像能够在微焦镜头下被记录下来,这种潜指纹检测方式不仅仅能够对于不同人指纹进行检测,还能够对不同状态下人指纹检测。潜指纹内不仅仅具有自身所遗留下来的分泌物,还具有一定化学物质,能够高效应用在刑事侦查上面[1]。

IBS的科学家发现了一种方法可以如何通过纳米MRI灯将信号进行“开/关”切换。

4.生命科学史有效教学的思考与对策

“典型的MRI造影剂,例如钆,会以‘点亮’的状态注射,然后会以相对大量的背景信号广泛分布在整个生物系统中,”Cheon教授解释道,“我们发现了一种新的原理,可以只在目标位置将MRI造影剂‘点亮’。”

稀土上转换;生物监测;生物成像;疾病治疗;生物医学

纳米MRI灯技术包含了两种磁性材料:一种猝灭剂。开关与两种纳米粒子间的距离有关。

1.胎盘胶原样凝集素1的生物学功能

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本文对于稀土上转换纳米材料在生物医学领域上的应用功能进行了简单分析,也就是生物检测与生物成像上的应用。稀土上转换纳米材料在实际应用中由于能够有效降低生物体自身荧光对于检测的干扰,能够显着提高检测的灵敏性,并且还能够将各种成像方式应用功能在探针上面,在药物输送及治疗上面拥有良好的前景。但是稀土上转换纳米材料在生物医学内应用还面对较多的挑战。

更为重要的是,纳米MRI灯会处于关闭状态,直到它遇到了与特定疾病相关的生物标志物,且具有非常高的敏感性。

稀土上转换纳米材料所使用的光源在组织内部拥有良好的穿透性,并且生命体不会受到荧光的损害,结果检测是生命体自身所携带的荧光不会干扰结果,因此稀土上转换纳米材料可以说是生物医学成像分析中的佳材料。研究人员通过使用PEI覆盖纳米颗粒的方式,首次对于动物生命体进行了生物成像检测,检测结果表示稀土上转换材料与传统量子点,在对于动物体内深层次成像上面具有显着优势。为了能够提高稀土上转换材料在生命体内的穿透深度,提高成像精确度,需要对于稀土上转换纳米材料可见光波长调节到红光去内,这样所发出出来的波长散射及吸收都较低,也不容易受到生命体自身所携带的荧光干扰,对于体内深层组织荧光成像具有重要作用。多路复用成像是现在对于生物体成像上面应用为广泛的一种方法,伴随着稀土上转换材料不断深入性建设及开发,各种元素在稀土上转换内应用也更加精准,并且能够呈现出多个发射峰[3]。

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与传统荧光材料相比较,稀土上转换材料充分利用近红外激光器,几乎没有任何荧光背景,穿透性能更为优良,对于生物组织损害程度较低,是现在生物医学研究中的热点材料。与此同时,稀土上转换材料还拥有良好的光化学特性,使用寿命较长,并且对于生物兼容性良好等等优势,能够推动检测及治疗技术的研发。本文主要对于稀土上转换纳米材料在生物医学上面的应用进行研究,探索稀土上转换纳米材料在应用上面所存在遌问题,进而提出针对性意见。

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稀土上转换纳米材料的生物思考

MRI是现在一种很受欢迎的非侵入式诊断技术,并且,很重要的是它没有有害的辐射。有一些组织在MRI上有天然的对比度,但是对一些特别类型的组织成像时,患者需要使用一些造影剂来提高目标区域与身体其他部位间成像的对比度。

上转换纳米材料的荧光共振能量转移分析技术是被着名研究人员kuningas所提出的,并且能够抗生蛋白链菌作为能量源头,对于生物素进行高效率的检测,同时在UC-FRET上面广泛应用。贵金属纳米颗粒表面具有等离子体共振特点,并且消光系数较高,这些材料在应用到上转换纳米材料中,能够有效提高检测过程中受到背景荧光的干扰,提高检测精准性,因此贵金属纳米颗粒经常被称之为能量受体,在生物检测中广泛应用[2]。

研究人员对纳米MRI灯用于癌症诊断进行了测试。他们发现在患有癌症的小鼠体内有一种称为MMP-2的酶类可以诱导肿瘤转移。

3.初中学生生物家庭实验活动的思考

研究人员将两种磁性材料用一种MMp-2可以切割的对象进行连接。如果使得两种磁性材料之间的连接被切断,两种材料之间不再有紧密的距离,那么两种材料就会分开,MRI信号就会显示为“点亮”。

1生物监测领域内的应用

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2.生物工程专业教学改革思考

当两种材料在超出7nm的距离时,MRI的信号处于“开”状态,而它们之间的距离小于7纳米时,MRI信号“关”。研究人员将这一现象命名为磁性响应调谐,与强大的荧光共振能量转移光学传感技术类似。

[1]单爽,吴昊,谭明乾,马小军.稀土上转换荧光纳米材料的制备与生物应用[J].生物化学与生物物理进展,2013,10:925-934.

因此,MRI信号能够指示MMP-2所在的位置,以及转移的肿瘤部位。科学家还发现MRI信号的亮度与癌症组织中MMP-2的浓度具有相关性。强烈的MRI信号只在癌症区域出现。

2生物成像领域内的应用

该信号是由于增强剂的自旋电子快速震动。自旋电子的快速翻转影响了水分子,其能量发射被检测为MRI信号。

[稀土上转换纳米材料的生物思考]相关文章:

“现有的造影剂就像在晴天里使用手电筒,它的影响力很有限。而这种新的技术就像在黑夜里使用手电筒,其作用就要有用得多。”Cheon教授表示。

[2]张瑞锐,高源,唐波.稀土掺杂氟化物纳米材料的上转换发光特征及其生物应用[J].分析科学学报,2010,03:353-357.

3结论

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