纳米生物医用材料课件.ppt

1、纳米生物医用材料纳米生物医用材料张宇东南大学生物科学与医学工程学院东南大学生物科学与医学工程学院本章内容本章内容1 纳米科技与纳米生物医学纳米科技与纳米生物医学2 纳米生物医用材料的定义及分类纳米生物医用材料的定义及分类3 生物检测与医学诊治用纳米材料生物检测与医学诊治用纳米材料4 纳米药物载体与先进剂型纳米药物载体与先进剂型5 纳米生物医用材料的发展前景纳米生物医用材料的发展前景BTITComputer(H/W,S/W)SemiconductorMEMSTelecommunicationInternetAudio/Visual displayGenomicsMolecular Biology

2、Cell TechnologyTissue EngineeringNano-materialNano-structureNano-processingNano-machine BioinformaticsBiosensorBiochipsBioelectronicsBiocomputerNano-computerNano-motorNano-sensorNano-BiosensorNano-BiologyNano-MedicinePOCTotal AnalysisTechnology二十一世纪的三大关键技术二十一世纪的三大关键技术物质尺度物质尺度用特殊尺度空间的物质来改变人们的认识！用特殊尺度

3、空间的物质来改变人们的认识！1 纳米科技与纳米生物医学纳米科技与纳米生物医学1纳米（纳米（nm）=10-9米（米（m）1纳米（纳米（nm）=10 埃（埃（A）纳米效应纳米效应Richard P.Feynman人工度人工度Richard P.Feynman（Dec.1959,ASP)：我认为，物理学的原理并不排斥用一个一个地安排原子我认为，物理学的原理并不排斥用一个一个地安排原子来制造东西。这样作并不违反任何定理，因而在原则上是可来制造东西。这样作并不违反任何定理，因而在原则上是可以实现的。它在实践中迄今未实现是因为我们太大了。以实现的。它在实践中迄今未实现是因为我们太大了。如果我们能按照自己的

4、愿望一个一个地安排原子，将会如果我们能按照自己的愿望一个一个地安排原子，将会出现什么出现什么 这些物质将有什么性质？这是十分有趣的理论问题。这些物质将有什么性质？这是十分有趣的理论问题。虽然我不能精确回答它，但我决不怀疑当我们能在如此小的虽然我不能精确回答它，但我决不怀疑当我们能在如此小的尺度上进行操纵时，将得到具有大量独特性质的起源。尺度上进行操纵时，将得到具有大量独特性质的起源。Xenon on Nickel(110)Iron on Copper(111)DNA bridge Nano Letter 制备制备表征表征认识认识应用应用纳米科技纳米科技1.1.在纳米尺度内，控制物质在纳米尺度内

5、，控制物质,创造创造特定功能的材料、器件和特定功能的材料、器件和系统系统2.2.在纳米尺度内，在纳米尺度内，探测探测物质的结构与性能物质的结构与性能3.3.在纳米尺度内，在纳米尺度内，认识认识物质的物理、化学和生物学性质变化物质的物理、化学和生物学性质变化规律并规律并加以利用加以利用纳米物理学纳米物理学纳米化学纳米化学纳米材料学纳米材料学纳米加工学纳米加工学纳米测量学纳米测量学纳米机械学纳米机械学纳米电子学纳米电子学纳米生物学纳米生物学纳米医学纳米医学。Nano-X纳米科技大事记纳米科技大事记 年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德费曼预言，费曼预言，人类

6、可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。七十年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想，七十年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想，年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。年，科学家发明研究纳米的重要工具扫描隧道显微镜，年，科学家发明研究纳米的重要工具扫描隧道显微镜，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促为

7、我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用。进作用。年月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举年月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。办，标志着纳米科学技术的正式诞生。年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的倍，成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖之一，强度却是钢的倍，成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超

8、微开关以及纳米级电子线路等。广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。年，继年美国斯坦福大学搬走原子团年，继年美国斯坦福大学搬走原子团“写写”下斯坦福大学下斯坦福大学英文名字、年美国国际商用机器公司在镍表面用个氙原子排出英文名字、年美国国际商用机器公司在镍表面用个氙原子排出“”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可年，美国科学家首次成功地用单电

9、子移动单电子，利用这种技术可望在年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。望在年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。的纪录。到年，纳米技术逐步走向市场，全年纳

10、米产品的营业额达到到年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产品的营业额达到亿美元。亿美元。近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新年科技基本计划的研发高地。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新年科技基本计划的研发重点；德国专门建立纳米技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的核重点；德国专门建立纳米技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府部门大力投资纳米科技基础研究和应用研究。中国政府高度重视，心，美国政府部门大力投资纳米科技基础

11、研究和应用研究。中国政府高度重视，把纳米技术列入国家中长期发展规划，科技部设立把纳米技术列入国家中长期发展规划，科技部设立“纳米研究纳米研究”重大科学研究计重大科学研究计划等。划等。1.IT(Information Tech.)和和BT(Bio Tech.)持续发展的基础持续发展的基础（Nano Tech.)Nano Tech.)：支持硅芯片持续发展（支持硅芯片持续发展（10nm)10nm)与可能的替代技术与可能的替代技术 ：纳芯片：纳芯片 支持支持BTBT的基础之一：纳米尺度内操纵基因的基础之一：纳米尺度内操纵基因2.2.社会和经济可持续发展的要求：省材料、能源和空间社会和经济可持续发展的要

12、求：省材料、能源和空间 PC PC 数量以数量以100%100%速度增长，速度增长，20102010年时年时PCPC年耗电年耗电 3600 billion KWh=3600 billion KWh=美国美国20002000年全年发电量年全年发电量 20202020年中国将有年中国将有3.53.5亿台亿台PC.PC.3.大的市场和高利润驱动大的市场和高利润驱动为什么要发展纳米科技？为什么要发展纳米科技？(1)1.1.创建的新材料、新器件创建的新材料、新器件2.发现独特的性质、现象和过程-对自然的深 入理解3.多学科的交叉领域 Living/non-living;Relevance areas-m

13、ore chances为什么要发展纳米科技？为什么要发展纳米科技？(2)150年前，微米成为新的精度标准，并成为工年前，微米成为新的精度标准，并成为工业革命的技术基础，最早和最好学会使用微米技业革命的技术基础，最早和最好学会使用微米技术的国家都在工业发展中占据了巨大的优势。同术的国家都在工业发展中占据了巨大的优势。同样，未来的技术将属于那些明智接受纳米作为新样，未来的技术将属于那些明智接受纳米作为新标准，并首先学习和使用它的国家。标准，并首先学习和使用它的国家。H.Rohrer,1993丰富多彩的纳米材料丰富多彩的纳米材料 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（纳米材料是指在三维

14、空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1-1-100nm100nm）或由它们作为基本单元构成的材料）或由它们作为基本单元构成的材料核壳结构磁性荧光纳米棒Fe3O4TiO2AuAuAuFe3O4Fe2O3/SiO2Fe2O3/CdTe/AlgCdTe QDsFe3O4/PLANano-Bio-Tech Group纳米材料的分类纳米材料的分类 零维的纳米粒子、一维的纳米线、二维零维的纳米粒子、一维的纳米线、二维的纳米薄膜、三维纳米块体的纳米薄膜、三维纳米块体按结构维度按结构维度分类分类 无机纳米材料、有机纳米材料无机纳米材料、有机纳米材料、无机无机-有有机复合纳米材料机复合纳米材料按化学成分按化学成分

15、分类分类 纳米半导体、纳米磁性材料、纳米铁电纳米半导体、纳米磁性材料、纳米铁电材料、纳米热电材料、纳米超导材料、材料、纳米热电材料、纳米超导材料、纳米非线性光学材料等纳米非线性光学材料等按物理性能按物理性能分类分类按按功能功能应用应用分类分类 纳米电子材料、纳米光电信息材料、纳米电子材料、纳米光电信息材料、纳米催化材料、纳米储能材料、纳米催化材料、纳米储能材料、纳米纳米生物医用材料生物医用材料纳米生物医用材料纳米生物医用材料 生物医用材料生物医用材料是与生物系统相结合、用于诊断疾病、治疗是与生物系统相结合、用于诊断疾病、治疗或替换生物机体中的组织、器官或增强其功能的材料。或替换生物机体中的组织

16、、器官或增强其功能的材料。纳米生物医用材料纳米生物医用材料是指将纳米材料和纳米技术应用于传统是指将纳米材料和纳米技术应用于传统生物医用材料中并赋予其纳米特性和增强的功能特性。生物医用材料中并赋予其纳米特性和增强的功能特性。纳米生物医用材料是纳米生物医学技术的物质基础和重要纳米生物医用材料是纳米生物医学技术的物质基础和重要研究内容研究内容。纳米生物医用材料研究涉及物理、化学、材料、。纳米生物医用材料研究涉及物理、化学、材料、生物学、医学等多个学科，主要研究内容包括生物学、医学等多个学科，主要研究内容包括材料的制备材料的制备技术（包括化学合成、组装、复合等技术）技术（包括化学合成、组装、复合等技术

17、）、材料的控制、材料的控制、改性和表面修饰技术改性和表面修饰技术、生物相容性及安全性检测与评价生物相容性及安全性检测与评价、以及以及应用于生物医学的相关技术应用于生物医学的相关技术。对生物医用纳米材料的对生物医用纳米材料的尺度尺度要求并非严格限制在要求并非严格限制在1-100nm1-100nm范围，而是更加强调纳米特性和生物医学应用效果的体现，范围，而是更加强调纳米特性和生物医学应用效果的体现，尺寸上限可以扩展到几百纳米甚至尺寸上限可以扩展到几百纳米甚至1 1微米微米。纳米生物医用材料纳米生物医用材料的分类的分类按化学成分分类按化学成分分类无机纳米生物医用材料无机纳米生物医用材料如：纳米羟基磷

18、灰石如：纳米羟基磷灰石有机纳米生物医用材料有机纳米生物医用材料如：高分子纳米药物载体如：高分子纳米药物载体复合纳米生物医用材料复合纳米生物医用材料如：纳米骨水泥如：纳米骨水泥按功能分类按功能分类生物检测与医学诊断用纳米材料生物检测与医学诊断用纳米材料疾病治疗用纳米材料疾病治疗用纳米材料纳米药物载体与先进剂型纳米药物载体与先进剂型硬组织修复与口腔医学纳米材料硬组织修复与口腔医学纳米材料纳米组织工程材料纳米组织工程材料Development of Diagnostic and Therapeutic Nanoparticle Agents（纳米颗粒作为诊断和治疗制剂）（纳米颗粒作为诊断和治疗制剂）

19、(1)半导体量子点：半导体量子点：Semiconductor Quantum Dots(Fluo lable)(2)金属纳米颗粒：金属纳米颗粒：Metallic Nanoparticles(SERS,SRP,Thermo)(3)氧化物纳米颗粒：氧化物纳米颗粒：Metal Oxide(Superparamagnetic)(4)有机有机/聚合物纳米颗粒：聚合物纳米颗粒：Organic/Polymeric Nanoparticles(Drug Delivery and Targeting)(5)多功能纳米颗粒：多功能纳米颗粒：Multifunctional Nanoparticles(Imaging

20、,Detection and Treatment)多功能诊断与治疗器件：Nanoplatforms or NanoclinicsNCI靶向靶向MRIMRIMPIOMPIO磁感应热疗磁感应热疗-栓塞栓塞半导体量子点半导体量子点小于小于1010nmnmCdSeCdSe纳米晶纳米晶TEMTEM照片照片紫外灯激发下不同尺寸量子点显示出不同的颜色（从蓝到红），发光波长分别位紫外灯激发下不同尺寸量子点显示出不同的颜色（从蓝到红），发光波长分别位于于443,473,481,500,518,543,565,587,610,和和655 nm。量子点用于荧光标记和成像的优点：量子点用于荧光标记和成像的优点：siz

21、e-tunable light emission,improved signal brightness,resistance againstphotobleaching,and simultaneous excitation of multiple fluorescence colors.Current Opinion in Biotechnology 2002,13:4046CdSe/ZnS 核壳结构量子点荧光核壳结构量子点荧光不同尺寸的金纳米粒子具有不同的熔点不同尺寸的金纳米粒子具有不同的熔点500不同尺寸和形状的银纳米粒子具有不同的光学性质不同尺寸和形状的银纳米粒子具有不同的光学性质4n

22、m 纳米棒（纳米棒（4nm*40nm）磁性纳米探针作为磁性纳米探针作为MRI对比增强剂对比增强剂纳米氧化铁纳米氧化铁Angew.Chem.Int.Ed.2004,43,6042 6108表面：表面：Nano-Bio Bridge-Targeting/Sensing Function纳米生物医学纳米生物医学关注生命关注生命纳米生物医学纳米生物医学/技术：技术：一方面，一方面，是利用纳米技术（包括纳米材料）研究生命体的特征，发现新是利用纳米技术（包括纳米材料）研究生命体的特征，发现新的生命现象和规律，为人类健康和疾病诊断与治疗提供新的理论和方的生命现象和规律，为人类健康和疾病诊断与治疗提供新的理论

23、和方法；法；另一方面，另一方面，模拟生命体精细的调节机制，通过仿生研究制备新型纳米材模拟生命体精细的调节机制，通过仿生研究制备新型纳米材料和建立新的纳米技术。料和建立新的纳米技术。纳米技术与生物学、医学的交叉与融合。纳米技术与生物学、医学的交叉与融合。同时，纳米生物学、纳米医学又是纳米科学与技术的重要研究领域。同时，纳米生物学、纳米医学又是纳米科学与技术的重要研究领域。生生物物技技术术纳纳米米技技术术纳米生物技术 Nanoparticles as Diagnostic and Therapeutic Agents(1)Semiconductor Quantum Dots(Fluo and EM

24、)(2)Metallic Nanoparticles(SERS,SRP,Thermo)(3)Metal Oxide(Superparamagnetic)(4)Organic/Polymeric Nanoparticles(Drug Delivery and Targeting)(5)Multifunctional Nanoparticles Imaging,Detection and Treatment.磁共振磁共振分子影像分子影像纳米探针纳米探针造影剂造影剂超顺磁超顺磁纳米粒子纳米粒子三维适形放疗三维适形放疗靶向放疗靶向放疗结构结构CT功能功能CT用特殊尺度空间的物质来改变人们的认识！用特殊

25、尺度空间的物质来改变人们的认识！纳米生物电磁学纳米生物电磁学非生命的物质与生命的物质在电磁场中的相互作用非生命的物质与生命的物质在电磁场中的相互作用疾病诊治的新原理、疾病诊治的新原理、新方法、新技术新方法、新技术纳米生物纳米生物电磁学电磁学Nano-Bio-eMagcs黑箱黑箱纳米材料主要是利用纳米材料及其电磁学特性，结合外电磁场应用，研究与主要是利用纳米材料及其电磁学特性，结合外电磁场应用，研究与解决生物与医学方面的问题。解决生物与医学方面的问题。磁感应肿瘤热疗磁感应肿瘤热疗 1min24hrs72hrs144hrs纳米生物安全性纳米安全性问题是阻滞纳米技术发展的一个主要因素。这一问题得不到

26、解决，纳米生物医药与技术永远占领不了医疗市场。两个途径解决这一问题：1.从询证医学角度证明纳米颗粒在体内浓度低于某一阈值时，对人体的危害程度是很小的；2.尝试消除残留在体内的纳米颗粒，降解或重新聚集成大尺度物质后被清除。纳米环境安全性 橙色制剂二噁英 白色污染塑料 人类似乎总是这样仓促地进步，然后带来无穷无尽的恶果！人类似乎总是这样仓促地进步，然后带来无穷无尽的恶果！纳米污染 纳米安全性研究的同时，关注对进入环境中的纳米材料进行污染治理，给纳米一个合理的归宿，有始有终。“纳米技术成为人类第一个在其可能产生负面效应之前就纳米技术成为人类第一个在其可能产生负面效应之前就已经过认真研究，引起广泛重视

27、，并最终能安全造福人类已经过认真研究，引起广泛重视，并最终能安全造福人类的新技术。的新技术。进化进化退化退化 纳米生物医用材料与疾病诊治纳米生物医用材料与疾病诊治1999 年美国哈佛大学Weissleder 等人提出分子影像学的概念,即应用影像学方法,对活体状态下体内分子的生物化学过程进行定性和定量研究。美国分子影像学会(The Society for Molecular Imaging)：分子影像是利用影像学的手段来无创伤地研究活体条件下生物细胞内的正常或病理状态下的分子过程.。分子影像学分子影像学 第194 次香山科学会议“分子影像学”研讨会于2002 年10 月30 日至11 月1 日在

28、杭州召开。分子影像学是医学影像技术和分子生物学相互交叉渗透而产生的新学科。分子影像技术是利用现有的医学影像技术(主要是PET、MRI 和光学CT)对人体内部特定的分子进行无损伤的实时成像。目前,分子影像常用的探测方法有核探测方法、核磁共振方法和光学方法等。要实现分子成像技术最关键的是分子探针、信号放大和灵敏度探测仪器。分子影像技术是向人体输入一种分子(分子探针)与细胞内分子(靶分子)进行标记成像。由于分子探针的浓度只有纳克或皮克量级,因而体内成像信号放大和高灵敏度成像仪器的研制是分子影像技术发展的关键。分子影像学关键技术分子影像学关键技术 分子探针 有效的组织和细胞内靶向技术 有效的放大技术

29、具有高空间分辨率和高敏感性成像系统纳米技术解决方案纳米技术解决方案纳米探针设计纳米探针设计分子探针分子探针/纳米探针纳米探针分子影像信号生物体内分子过程分子/纳米探针（造影剂）特异性特异性灵敏度灵敏度医学/分子影像领域已经发展到从设备竞争到探针竞争的阶段，2000年以后，研究领域不断升温，各大公司纷纷成立分子影像探针研发部门。应用于不同影像模式的几种纳米材料纳米材料纳米材料成成 分分造影模式造影模式硒化镉硒化镉(CdSe)，锑化镉，锑化镉(CdTe)光学荧光成像光学荧光成像金金光学相干断层成像光学相干断层成像(OCT)计算机断层扫描成像计算机断层扫描成像(CT)氧化铁氧化铁磁共振成像磁共振成像

30、(MRI)碳碳依赖于标记的造影剂依赖于标记的造影剂磷脂、聚合物磷脂、聚合物依赖于标记的造影剂可用于依赖于标记的造影剂可用于MRI、超声成像等、超声成像等Weibo Cai,Xiaoyuan Chen.Small,2007,3(11):18401854纳米结构新型磁共振成像造影剂纳米结构新型磁共振成像造影剂 大致可分为两类:含顺磁性金属离子(如过渡元素和镧系金属离子)的纳米结构,如金属内包富勒烯金属内包富勒烯等;基于超顺磁性金属氧化物微粒的造影剂,其中应用最广、最具代表性的就是氧化铁纳米颗粒氧化铁纳米颗粒.通过通过改变生物体内局部组织中水质子的弛豫速率来提高正常与病变部位的成像对比度或衬度(临床

31、上称为增强),显示体内器官的功能状态.MRI磁性纳米磁性纳米造影剂与传统造影剂比较造影剂与传统造影剂比较 种类种类特性特性顺磁性对比剂顺磁性对比剂超顺磁性对比剂超顺磁性对比剂化学成分过渡金属离子（Gd3+，Fe3+，Mn2+）配合物及其衍生物有机或生物分子包覆的氧化铁（Fe3O4或Fe2O3）纳米粒子磁学性质磁矩和磁化率小磁矩和磁化率大分 类T1加权照影剂，阳性照影剂T2加权照影剂，阴性照影剂增强方式缩短T1 获得高MRI 信号,对T2 影响较小缩短T2获得低MRI 信号,对T1影响较小代表产品磁显葡胺（中国）马根维显（德国，Magnevist R）菲立磁（美国，Feridex R）内二显（德

32、国，Resovist R）产品特点非肝脏特异性网状内皮系统特异性、靶向性、高敏感性、增强效果强使用方式静脉注射，0.lmmolkg。注射后5min行增强成像，增加效果可维持45min。静脉注射，0.0lmmolkg。体内半衰期约10h，注射后0-3.5h均可行增强成像。药代动力学静脉给药后很快弥散到体内各组织的细胞外液内，然后经肾小球滤过以原形排出.有少量分泌于胃肠道后随粪便排出 微粒成簇聚集于巨噬细胞溶酶体内并被分解吸收，从氧化铁核心来源的铁被合并入躯体的铁池中售 价价格低，国内大多使用5ml/支：2500元其 他 美国美国Advanced Magnetic公司的产品：公司的产品：Advan

33、ced Magnetics公司研制的系列MRI造影剂中，Combidex（淋巴造影剂），Feridex IV（肝造影剂），和Gastromark（肠造影剂）已经获得美国FDA 的批准，并且在美国、欧洲、日本、阿根廷、韩国、以色列以及中国市场进行销售。其中中国销售公司是Pharmagenesis公司。德国德国Schering AG先灵公司产品：先灵公司产品：产品Resovist，肝脏特异性MRI造影剂 世界著名生产厂商及产品世界著名生产厂商及产品左图，肝脏平扫，所见肝区很难确定有无病灶右图 静注SPIO 后10 min，肝实质呈明显负性强化，肝右叶见一结节状病灶,病理证实为结肠癌转移MRI临床医

34、学诊断临床医学诊断作为选择性增强网状内皮系统显像选择性增强网状内皮系统显像，对肝、脾、淋巴结病变的成像效果良好，超顺磁性氧化铁微粒静脉注入体内后被网状内皮系统吞噬细胞吞噬而选择性降低信号强度，肿瘤组织因缺乏吞噬细胞而信号不变，即增加了肝组织与肿瘤间的反差，对小肿瘤的检出有很大帮助。鼠神经胶质瘤鼠神经胶质瘤的T2加权MR图像。其中左列为未用造影剂（precontrast）的图像；右列为通过颈动脉注射D-M造影剂，25mgFe/kg，30分钟的图像（postacontrast）。图中Tumor指肿瘤。粒径较大的SPIO可能较早的被枯否氏细胞摄取,而较小的USPIO微粒有较长的血中半衰期。较大的微粒

35、有较强的T2 弛豫性,较小的微粒有更强的T1 弛豫性,如果选择适宜的脉冲序列有可能运用于血管成像血管成像。分子影像学研究分子影像学研究DNA-Based Magnetic Nanoparticle Assembly Acts as a Magnetic Relaxation Nanoswitch Allowing Screening of DNA-Cleaving AgentsJ.AM.CHEM.SOC.9 VOL.124,NO.12,2002 2857磁性纳米探针磁性纳米探针作为作为MRI信号放信号放大系统，并依赖大系统，并依赖于磁性纳米探针于磁性纳米探针聚集与分散状态，聚集与分散状态，与与

36、DNA分子的分子的劈裂过程相联系。劈裂过程相联系。Magnetic Relaxation DetectionJ.AM.CHEM.SOC.2003,125,10192-10193阿滋海默症(Alzheimers disease，AD)为渐进性神经退化疾病(neurodegenerative disorder),主要影响脑部,特别是新皮质(neocortex)及海马(hippocampus)的功能,而造成记忆逐渐丧失的疾病,其主要原因为脑部形成老年斑块中的沉淀(Selkoe,1994).而在脑部形成两种蛋白质沉淀(proteinaceous deposits):胞内神经纤维纠缠(intracell

37、ular neurofibrillary tangles)和细胞外斑块(extracellular plaques),细胞外的斑块主要组成为疏水性类淀粉胜肽(amyloid peptide,A),A是由40-42胺基酸组成的,分子量约4kDa,A-40肽标记肽标记SPIO，MRI检检出阿滋海默症的脑部斑块出阿滋海默症的脑部斑块SPIO/分子标记分子标记Ten distinguishable emission colors of ZnS capped CdSe QDs excited with a near-UV lamp.From left to right(blue to red),the

38、emission maxima are located at 443,473,481,500,518,543,565,587,610,and 655 nm.(Figure adapted from 20 with permission.)量子点用于荧光标记和成像的优点：量子点用于荧光标记和成像的优点：size-tunable light emission,improved signal brightness,resistance againstphotobleaching,and simultaneous excitation of multiple fluorescence colors.C

39、urrent Opinion in Biotechnology 2002,13:4046CdSe/ZnS 核壳结构量子点荧光核壳结构量子点荧光多功能量子点探针多功能量子点探针NATURE BIOTECHNOLOGY 22(8),2004:969-976 Current Opinion in Biotechnology 2005,16:6372Schematic illustration of biconjugated QDs for in vivo cancer targeting and imaging.(a)Structure of a multifunctional QD probe,s

40、howing the capping ligand TOPO,an encapsulating copolymer layer,tumor-targeting ligands(such as peptides,antibodies or smallmolecule inhibitors)and polyethylene glycol(PEG).(b)Chemical modification of a triblock copolymer with an 8-carbon side chain.This hydrophobic side chain is directly attached t

41、o the hydrophilic acrylic acid segment and interacts strongly with the hydrophobic tails of TOPO.Dynamic light scattering shows a compact QD-polymer structure,indicating that QDs are tightly wrapped by the hydrophobic segments and hydrocarbon side chains.量子点的肿瘤细胞靶向性量子点的肿瘤细胞靶向性Permeation and retentio

42、n of QD probes via leaky tumor vasculatures(passive targeting)and high affinity binding of QD-antibody conjugates to tumor antigens(active targeting).NATURE BIOTECHNOLOGY 22(8),2004:969-976单分子行为的直接、实时、动态观察单分子行为的直接、实时、动态观察荧光标记技术荧光标记技术激光共聚焦扫描显微镜实时观察量子点标记的表皮生长因子（EGF）与其受体的结合（标尺为5微米）。量子点沿细胞伪足运动Nature Bio

43、tech.2004,22(2):198-203Ultrasensitive and multiplexed imaging ofmolecular targets in living cells,animal modelsFluorescence micrographs of QD-stained cells and tissues.(a)Actin staining(green QDs)on fixed 3T3 fibroblast cells.(b)Live MDA-MB-231 breast tumor cells labeled with a red QDantibody conjug

44、ate targeting the urokinase plasminogen receptor.(c)Intracellular labeling of live mammalian cells using QDTat peptide conjugates25.(d)Frozen tissue specimens stained with QDs(targeting the CXCR4 receptor,red)and a nuclear dye(green).In vivo targeting and imaging with QDs.(a)Ex vivo tissue examinati

45、on of QD-labeled cancer cells trapped in a mouse lung 44.(b)Near-infrared fluorescence of water-soluble type II QDs taken up by sentinel lymph nodes 49.(c)In vivo simultaneous imaging of multicolor QD-encoded microbeads injected into a live mouse 25.(d)Molecular targeting and in vivo imaging of a pr

46、ostate tumor inmouse using a QDantibody conjugate(red)25.PET与荧光检测联用与荧光检测联用Animal use of qdots.(A and B)microPET and fluorescence imaging of qdots.Qdots having DOTA(a chelator used for radiolabeling)and 600-dalton PEG on their surface were radiolabeled with 64Cu(positron-emitting isotope with half-li

47、fe of 12.7 hours).These qdots were then injected via the tail vein into nude mice(80 mCi per animal)and imaged in a small animal scanner.(A)Rapid and marked accumulation of qdots in the liver quickly follows their intravenous injection in normal adult nude mice.This could be avoided by functionalizi

48、ng qdots with higher molecular weight PEG chains,as other studies have shown(49).(B)Overlay of DIC and fluorescence images of hepatocytes from a mouse shows the accumulation of qdots within liver cells.Scale bar,20 mm.A further step could involve TEM imaging of the precise localization of qdots in c

49、ells,illustrating the potential of qdots as probes at the macro-,micro-,and nanoscales.SCIENCE，2005，307：538金纳米壳制备与光学调控Optical resonances of gold shell-silica core nanoshells as a function of their core/shell ratio.Respective spectra correspond to the nanoparticles depicted beneath.TEM images of gold

50、/silica nanoshells during shell growth.Technology in Cancer Research&Treatment，2004，3（1）：）：33-40金纳米壳：金纳米壳：OCT诊断对比剂诊断对比剂The development of nanoshell bioconjugates for molecular imaging using scattering nanoshells as contrast agents for optical coherence tomography(OCT).OCT Darkfield microscopy(top ro