磁性碳纳米管的制备及其在肿瘤细胞光热疗与磁共振成像中的应用

肿瘤是目前最主要的致死原因之一，实现对肿瘤的精准和非侵入性高效诊疗具有重要意义。以具有极高长径比、易于穿透细胞膜并具有优异生物相容性的碳纳米管(CNTs)作为载体，以乙酰丙酮铁为铁源，通过溶剂热法在其表面原位生长具有超顺磁特性的四氧化三铁纳米粒子(Fe₃O₄ NPs)，制备了具有优异水分散稳定性的磁性碳纳米管复合纳米材料。结果表明该磁性碳纳米管具有较高的近红外光热转换性能，在50μg·mL^-1浓度下808 nm激光照射10 min即可升温至48.6℃，且具有良好的光热稳定性。细胞及成像实验结果表明该复合纳米材料具有较好的生物相容性并对人宫颈癌细胞(HeLa)具有优异的光热杀伤效果，在体外模拟肿瘤微环境中磁共振成像(MRI) T₂弛豫率r₂可达215.61 mmol^-1·L·s^-1，表明制备的磁性碳纳米管具有出色的生物安全性、磁性和光热特性，有望用于磁靶向的肿瘤光热疗与磁共振成像的一体化诊疗。     

超顺磁金纳米壳复合颗粒的粒径调控及其诊疗应用

利用原位还原-种子生长法制备了超顺磁金纳米壳复合颗粒(SGNs), 研究了其粒径调控的方法并对其体外/体内磁共振成像(MRI)和光热治疗(PT)性能进行了测试。结果表明, 通过改变Fe₃O₄的加入量可方便地调控SGNs的粒径, 并成功制备了粒径分别为100、150和200 nm的SGNs复合颗粒。这些不同粒径的纳米复合颗粒均具有规则的球形形貌、较窄的粒径分布和单分散性。经巯基-聚乙二醇(SH-PEG)修饰后, 不同粒径的复合颗粒(SGNs-PEG)均表现出较强的MRI成像和光热转换能力。其中, 粒径为150 nm的复合颗粒对808 nm激光具有最强的吸收能力和光热转换效率, 体外和体内可升高温度分别达37 ℃和25 ℃, 同时具有较优异的MRI成像造影能力。因此, 在MDA-MB-435荷瘤小鼠肿瘤部位注射该复合颗粒后, 可先对肿瘤部位进行很好的成像诊断, 再利用激光照射通过光热转换有效地杀灭肿瘤细胞, 这为实现肿瘤诊疗的一体化提供了可能。     

Ag2S纳米晶的制备及其近红外光热治疗应用

光热治疗是近年来受到广泛关注的一种低副作用的癌症治疗方法, 治疗中使用的纳米光热剂的制备和性能是决定光热治疗效应的关键因素。本研究采用热解和表面配体置换相结合的方法制备得到二氢硫辛酸(DHLA)修饰的Ag₂S纳米晶材料, 这种材料具有良好的水溶性、光热稳定性和生物相容性。研究结果显示浓度大于40 μg/mL的Ag₂S纳米晶在波长为980 nm、功率密度为5 W/cm²的红外激光照射下对宫颈癌细胞具有明显的杀伤效果, 且光热稳定性良好。Ag₂S纳米晶的光热效应与其良好的荧光成像功能相结合, 可实现光热治疗的可视化和精准化。     

氧化硅基杂化胶束负载Flav7光热剂的合成与性能研究

近年来, 由于具有较好的近红外区吸收、结构可调等特点, 有机小分子光热剂在生物医药领域展示出广阔的应用前景。然而, 大部分有机小分子光热剂仍面临水溶性较差、生物稳定性不佳、光热转换效率较低等挑战。本研究发展了一种简便的合成方法, 制备了负载Flav7的氧化硅基杂化胶束(FPOMs)用于高效的光热治疗。首先利用嵌段共聚物PS₁₃₂-b-PAA₁₆自组装行为负载疏水近红外有机小分子Flav7得到胶束体系, 进一步引入3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)和聚乙二醇(PEG)对上述胶束体系进行结构固定和表面改性得到FPOMs。研究表明, 在808 nm波长激光的激发下, FPOMs展现出优异的光热稳定性和较高的光热转换效率(46.7%)。细胞实验证实FPOMs具有良好的生物相容性和光热毒性, 有望作为一类新型的纳米光热剂用于肿瘤高效安全光热治疗。     

光热/pH响应B-CuS-DOX纳米药物用于化疗-光热协同治疗肿瘤

基于纳米材料的化疗-光热协同治疗是一种高效的肿瘤治疗方式, 但如何构建具有高载药量与良好光热转换性能的纳米药物依然面临挑战。本研究通过超声剥离法制备二维硼(boron, B)纳米片, 进一步在其表面原位负载超小粒径硫化铜(CuS)纳米颗粒和化疗药阿霉素(DOX), 形成B-CuS-DOX纳米药物。B-CuS具有高的DOX药物装载能力(864 mg/g)和优异的光热转化性能(在808 nm处的光热转换效率为55.8%), 同时可实现pH及近红外激光双重刺激响应而释放药物。细胞实验表明在808 nm近红外光的照射下, B-CuS-DOX展示了良好的化疗-光热协同治疗效果。本研究构建的纳米药物有望为体内肿瘤治疗提供一种有效的化疗-光热协同治疗策略。     

Nd3+掺杂的NaYF4:Yb@NaYF4:Ho上转换纳米颗粒的光谱分析

上转换纳米颗粒因具有良好的穿透深度和发光强度被广泛地应用在生物标记或生物成像中。实验制备了核壳结构的NaYF₄:Yb@NaYF₄:Ho纳米颗粒, 分散均匀, 粒径在50 nm左右。通过光谱分析可知, 该纳米颗粒可在980 nm激光激发下发射波长为650 nm为主的发射光。进一步对该核壳结构的NaYF₄:Yb@NaYF₄:Ho纳米颗粒进行Nd³⁺掺杂, 制备了可被800 nm激光激发且发射强红光的纳米颗粒。通过比较多种不同结构的Nd³⁺掺杂NaYF₄:Yb@NaYF₄:Ho纳米颗粒的荧光光谱发现, NaYF₄:Yb@NaYF₄:Ho,Nd纳米颗粒发射光最强, 表明Nd³⁺掺杂在NaYF₄:Yb@NaYF₄:Ho纳米颗粒的壳层中最佳。最后对NaYF₄:Yb³⁺50%@NaYF₄:Ho³⁺1%,Nd³⁺x%纳米颗粒Nd³⁺离子的掺杂浓度进行优化, 实验结果表明: Nd³⁺掺杂浓度为30%时,该纳米颗粒在800 nm激光激发下发光强度最强。     

固体激光用Nd:Lu2O3透明陶瓷的制备和光学性能研究

Nd:Lu₂O₃材料由于具有高热导率、低声子能量和优异的光学特性而成为非常有前景的高功率固体激光器用的增益介质。但Lu₂O₃单晶的熔点超过2400 ℃, 难以生长, 而Lu₂O₃陶瓷既能在低温下制备, 又具有与晶体相当的光学性质和激光性能从而备受关注。本研究制备了高透明的Nd:Lu₂O₃陶瓷并对其光学性质和激光性能进行探究。以共沉淀法制备的纳米粉体为原料, 采用真空烧结结合热等静压(HIP)两步烧结法制备了1.0at%Nd:Lu₂O₃透明陶瓷。对制备的粉体、素坯和陶瓷的微结构进行了表征: HIP后处理的陶瓷平均晶粒尺寸是724.2 nm。厚度为1.0 mm的1.0at%Nd:Lu₂O₃透明陶瓷在1100 nm处的直线透过率是82.4%, 样品在806 nm处的吸收截面为1.50′10^-20 cm², 而根据荧光光谱计算得到的发射截面为6.5′10^-20 cm²。分别在878.8 和895.6 nm波长激发下, 1.0at%Nd:Lu₂O₃透明陶瓷⁴F_3/2·⁴I_11/2跃迁的平均荧光寿命均为169 ms。当输出耦合镜的透过率T_OC=2.0%时, 退火后的1.0at% Nd:Lu₂O₃透明陶瓷获得了最大输出功率为0.47 W的准连续(QCW)激光输出, 斜率效率为8.7%。本研究成功制备了显微结构均匀、高透明度的1.0at%Nd:Lu₂O₃陶瓷, 并展示了其在固体激光增益介质领域的广阔应用潜力。     

纳米Fe3O4/聚苯胺复合粒子的制备及其在交变磁场下的发热性能

用水解沉淀法合成了纳米Fe₃O₄粒子,并在其悬浮液中原位包覆聚苯胺,制备出纳米Fe₃O₄/聚苯胺复合粒子。研究了两种纳米粒子在交变磁场下的发热性能,对它们在定向集热治疗肿瘤中的应用前景进行了评价。纳米Fe₃O₄粒子的粒径为10~30nm,表面包覆聚苯胺后,复合粒子的粒径为30~50nm。纳米Fe₃O₄粒子的比饱和磁化强度为50.05Am2/kg,矫顽力为10.9kA/m;纳米Fe₃O₄/聚苯胺复合粒子的比饱和磁化强度为26.34Am2/kg,矫顽力为0。在10mg/mL的生理盐水悬浮液中,在外加交变磁场作用30min后,纳米Fe₃O₄粒子悬浮液的温度为63.6℃,纳米Fe₃O₄/聚苯胺悬浮液的温度为52.4℃,二者均达到了医学上定向集热治疗肿瘤用热籽的发热要求,是很有应用前景的医用纳米材料。      

静电纺丝法制备多功能聚乙烯醇微球及其性能和应用

通过静电纺丝法,制备了MnO₂-聚多巴胺(PDA)/聚乙烯醇(PVA)和MnO₂-PDA-5-氟尿嘧啶(5-Fu)/PVA复合微球。具体地,在PVA溶液中依次加入多巴胺(DA)与KMnO₄,在所得溶液中,DA与KMnO₄发生氧化还原反应,原位聚合生成PDA,而KMnO₄转变为MnO₂,通过静电纺丝法制备了MnO₂-PDA/PVA微球。向上述溶液中加入化疗药物5-Fu,通过静电纺丝法还可以制备MnO₂-PDA-5-Fu/PVA微球。通过戊二醛交联赋予静电纺丝微球水稳定性。这一复合微球材料具有优异的光热转换性能、可控的药物缓释性能及良好的生物安全性,被应用于防止术后肿瘤的复发。一方面,在808 nm NIR激光照射下MnO₂-PDA-5-Fu/PVA微球的光热转换效率可达到24.5%,实现高效的肿瘤热消融;另一方面,释放出来的5-Fu可杀死术后残余的肿瘤细胞。该研究论证了静电纺丝法制备复合微球的可行性,并证实了这种微球在防止肿瘤术后复发领域的应用潜力,为多功能复合微/纳米材料的设计提供了新策略。      

SnS2纳米片的制备及其对NO2气体的检测

二维金属硫化物材料具有较低的电子噪声以及极大的比表面积, 使其非常适合用作气敏材料, 因此寻求高效可控的方法制备二维金属硫化物材料是目前的研究热点。本研究使用高温化学浴法制备了不同形貌的高结晶二维六方SnS₂纳米片。采用不同手段对制备的SnS₂纳米片进行表征, 并进一步研究了SnS₂纳米片的气敏性能。结果显示: 油酸、油胺用量(体积)相同时, 产物SnS₂的形貌是均一的六角形纳米片, 其直径约150 nm, 厚度约4~6 nm。气敏测试表明该SnS₂纳米片对NO₂气体具有良好响应, 且响应过程可逆, 选择性好。其最佳工作温度为130 ℃, 响应和恢复时间分别为98和680 s。     

Sub‐10‐nm Pd Nanosheets with Renal Clearance for Efficient Near‐Infrared Photothermal Cancer Therapy

Efficient renal clearance is of fundamentally important property of nanoparticles for their in vivo biomedical applications. In this work, we report the successful synthesis of ultra‐small Pd nanosheets (SPNS) with an average diameter of 4.4 nm and their application in photothermal cancer therapy using a near infrared laser. The ultra‐small Pd nanosheets have strong optical absorption in the NIR region and high photothermal conversion efficiency (52.0%) at 808 nm. After being surface‐functionalized with reduced glutathione (GSH), the SPNS‐GSH was administered to mice to investigate the biodistribution, photothermal efficacy and tumor ablation in vivo. The in vivo photothermal therapy studies clearly demonstrate that surface modification with GSH allows the nanosheets to exhibit prolonged blood circulation and thus high accumulation in tumors. Upon 808 nm NIR irradiation, the tumors can be completely ablated. More importantly, with the size below the renal filtration limit (<10 nm), the GSHylated Pd nanosheets can be nicely cleared from body through the renal excretion route and into urine. Together with the high efficacy of NIR photothermal therapy, the unique renal clearance properties make the ultra‐small Pd nanosheets promising for practical use in photothermal cancer therapy.     

Cu2MoS4/Au Heterostructures with Enhanced Catalase‐Like Activity and Photoconversion Efficiency for Primary/Metastatic Tumors Eradication by Phototherapy‐Induced Immunotherapy

Photoimmunotherapy can not only effectively ablate the primary tumor but also trigger strong antitumor immune responses against metastatic tumors by inducing immunogenic cell death. Herein, Cu₂MoS₄ (CMS)/Au heterostructures are constructed by depositing plasmonic Au nanoparticles onto CMS nanosheets, which exhibit enhanced absorption in near‐infrared (NIR) region due to the newly formed mid‐gap state across the Fermi level based on the hybridization between Au 5d orbitals and S 3p orbitals, thus resulting in more excellent photothermal therapy and photodynamic therapy (PDT) effect than single CMS upon NIR laser irradiation. The CMS and CMS/Au can also serve as catalase to effectively relieve tumor hypoxia, which can enhance the therapeutic effect of O₂‐dependent PDT. Notably, the NIR laser‐irradiated CMS/Au can elicit strong immune responses via promoting dendritic cells maturation, cytokine secretion, and activating antitumor effector T‐cell responses for both primary and metastatic tumors eradication. Moreover, CMS/Au exhibits outstanding photoacoustic and computed tomography imaging performance owing to its excellent photothermal conversion and X‐ray attenuation ability. Overall, the work provides an imaging‐guided and phototherapy‐induced immunotherapy based on constructing CMS/Au heterostructures for effectively tumor ablation and cancer metastasis inhibition.     

介孔有机硅为载体的纳米递送系统制备及其体外化疗-光热联合治疗性能研究

有机/无机杂化的介孔有机硅纳米颗粒因其高的比表面积、丰富的介孔孔道、功能性的骨架以及高的药物装载量等特点而在生物医学领域受到广泛关注。本研究提出以二硫键桥接的有机/无机杂化介孔有机硅纳米颗粒为载体共装载化疗药物和光热剂, 设计制备以DNA分子作为控释“开关”修饰介孔有机硅纳米颗粒的纳米递送系统(ICG/DOX-MONs @DNA₂₀)。该纳米递送系统结合了光热剂的光热效应以及DNA分子随温度升高而从颗粒表面脱附的特性, 可实现近红外光照射激发药物在肿瘤细胞中的控制释放, 同时获得药物化疗-光热联合治疗肿瘤的效果。实验结果表明, 纳米递送系统在近红外光照下能迅速升温至43 ℃以上的热疗温度, 而且在37 ℃条件下6 h内仅缓慢释放药物12.3%, 而当温度升至43 ℃时则快速释放药物52.4%; 细胞实验显示该纳米递送系统能够被HeLa肿瘤细胞吞噬, 在近红外光照下有明显的药物化疗-光热联合治疗效果。因此, ICG/DOX-MONs@DNA₂₀纳米递送系统在药物化疗-光热联合治疗肿瘤方面具有应用前景。     

金红石二氧化钛纳米片的性质及其光催化活性

采用溶胶-凝胶、质子交换和层状剥离的方法, 制备出金红石TiO₂纳米片。利用X射线电子衍射谱(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X光电子能谱(XPS)的价带谱和荧光光谱(PL)等对样品进行了表征, 研究了光生载流子的转移过程。结果证明: 金红石TiO₂纳米片具有较大的比表面积(185.7 m²/g), 厚度约5 nm, 与金红石TiO₂样品相比, 金红石TiO₂纳米片的禁带宽度增加, 氧化还原能力增强; 此外, 纳米片结构能够促使光生载流子快速转移到纳米片的表面并产生有效分离, 阻止了光生电子和空穴的复合, 提高了光催化反应中光生载流子的利用率。金红石纳米片的这些特性导致其具有较高的光催化活性, 紫外光催化降解对氯苯酚的实验表明: 金红石TiO₂纳米片的光催化活性高于金红石TiO₂和锐钛矿TiO₂样品。     

具有癌症诊疗潜力的多功能核壳纳米粒

采用乳化-溶剂挥发法制备了同时携载Mn3O4纳米粒和CuS白蛋白纳米粒的诊疗一体化多功能核壳纳米粒,可用于磁共振造影成像手段指引下的肿瘤光热消融,实现癌症的高效诊治.首先用高温热解法制备出粒径均一、分散性较好的Mn3O4纳米粒,并通过蛋白模板法制备CuS白蛋白纳米粒,之后采用可降解性聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)作为载体,通过超声乳化法制备同时携载Mn3O4和CuS纳米粒的核壳纳米粒(Mn3O4/PLGA@CuS),并进行理化性质表征及诊疗一体化性能评价.结果表明:紫外-可见-近红外分光光度计测定结果显示该纳米粒被成功制备,其在近红外区具有较强吸收;核壳纳米粒的平均粒径为160 nm,粒径分布较为均匀;体外磁共振造影成像结果显示随着纳米粒中Mn离子浓度的升高,其造影增强效果也明显提升,显示其具有Mn离子浓度依赖的磁共振成像效果,纵向弛豫率为1.351 mM-1·s-1;在785及980 nm激光辐照下,该核壳纳米粒均显示出良好的光热升温效果.成功制备了具有良好的磁共振造影成像性能和显著的光热升温效应的核壳纳米粒,有望应用于肿瘤的诊疗一体化.     

简易合成Bi/Bi2MoO6/TiO2复合纳米纤维及其增强的可见光催化性能

以电纺TiO₂ 纳米纤维为基质, 葡萄糖为还原剂, 采用简单一步溶剂热法制备了等离子体Bi/Bi₂MoO₆/TiO₂复合纳米纤维。利用X射线衍射、场发射扫描电镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱和光致发光谱等对样品进行表征。以RhB和4-CP为模拟有机污染物, 评价材料的光催化性能。结果表明: 部分Bi ³⁺被葡萄糖还原成金属Bi纳米粒子, 原位沉积在Bi₂MoO₆纳米片上, 同时构筑在TiO₂纳米纤维表面。金属Bi的等离子体共振效应, 有效提高了样品的光催化活性。可见光照50 min, 样品对RhB的降解率为95.8%, 五次循环后仍保持在92%以上; 可见光照180 min, 样品对4-CP的降解率达68.8%。证实该材料具有良好的可见光催化活性和稳定性。     

新型二维TiSe2纳米片的可控合成及其生长机理

溶液法是一种反应温和、易控制且常用的合成方法。目前已报道的溶液法制备TiSe₂时通常采用三辛基膦(TOP)为溶剂, 但这种试剂有毒, 对人体和环境都有潜在的危害。本研究通过简单的、无TOP的溶液法成功地制备了单分散的六边形TiSe₂纳米片, 并通过调整反应时间研究TiSe₂纳米片的形貌演变规律。利用XRD、SEM、EDS和紫外-可见漫反射对其物相、形貌、元素以及光学性能进行了系统的表征; 根据SEM结果对其生长过程及形貌演变规律进行了研究, 并提出一种螺旋状逐层生长的机理; 分析考察了TiSe₂纳米片对罗丹明B(RhB)的光催化活性, 发现其具有高于P25的降解能力, 这表明TiSe₂纳米片作为光催化材料具有广阔的应用前景。