半导体光热转换纳米材料的研究进展

癌症已成为严重威胁人们健康的头号杀手,传统的癌症治疗技术存在很多的局限和不足,所以亟需开发一种新型的治疗技术。目前,近红外光驱动的光热消融治疗已经被认为是一种有效的癌症治疗技术,该技术的发展关键是研发高效且生物相容性好的光热转换试剂。半导体光热转换试剂具有价格低廉、光热转换效率高等优点,引起了广泛关注。总结了近年来半导体光热转换试剂的研究进展,主要包括铜基(CuS、Cu_9S_5和CuSe等)和钨基(W_(18)O_(49)、Cs_xWO_3和WS_2等)半导体。另外,还介绍了半导体多功能光热试剂(如G-CuS-DOX和FeS_2-350等)在化疗/热疗或者成像/治疗一体化方面的进展。最后,指出了目前存在的问题和发展方向。     

金纳米结构光热转换材料的研究进展

金纳米结构材料具有重要的光热转换性质,在癌症治疗方面引起了全世界的高度关注.综述了金纳米结构光热转换材料包括纳米球、纳米棒、纳米壳、纳米笼以及纳米簇等的制备方法和进展,随后总结了其表面功能化的3种方法,即利用双功能的配体直接进行配体交换、二氧化硅包覆、聚合物包覆.最后介绍了其在激光诱导的药物释放、光热治疗、近红外热成像等生物医药方面的应用.     

基于供体-受体原理构建的共价有机框架材料用于癌症的光热治疗（英文）

我们设计合成了一例共价有机框架材料(TB-COF),并将其开发应用为癌症的光热治疗试剂. TB-COF是基于供体-受体原理,由富电子构建单元(供体)和缺电子构建单元(受体)构建而成.当受到激光照射时,TB-COF中供体和受体之间会发生显著的光诱导电子转移,将吸收的光能转化为热能并用于肿瘤消融. TB-COF具有优异的光热转换效率,其值可达43.65%,与常用的光热试剂相当.此外,我们还将透明质酸(HA)包覆在TB-COF上,以提高其生物相容性并实现肿瘤靶向功能.体外和体内实验均证实了TB-COF-HA高效的光热抗癌功能.     

有机复合相变材料光热转换和储热性能的研究进展

有机相变材料具有过冷度低、无析出、性能较稳定以及熔点温度与中低温储热系统的应用温度相匹配等优点,受到了众多研究人员和工业界人士的关注。但有机相变材料导热系数低、光热转换效率差的缺点限制了其在太阳能光热转换中的进一步应用。将金属基、碳基等材料与有机相变材料进行复合是提高其性能的有效途径。本文介绍了常见的有机复合相变材料制备方法,并对其制备流程和优缺点进行了讨论,分析了不同添加剂和制备方法对有机复合相变材料的光热转换效率、导热系数、相变焓乃至形状稳定性的影响,并对其应用前景进行了展望。     

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。     

纳米金壳新材料可有效抑癌

正为更好地提高纳米金壳材料对恶性肿瘤的抑制率,同时针对目前近红外光热治疗癌症技术中照射时间长、照射强度大、需重复多次照射等问题,中科院理化技术研究所纳米材料可控制备与应用研究室在研究员唐芳琼的带领下,进一步发展了纳米     

微针协同光学疗法用于疾病治疗研究进展

微针作为一种新兴的透皮给药技术,可绕过肝脏首过效应及皮下注射带来的疼痛问题进行微创无痛的局部给药。但使用微针递送的药物大都属于被动给药,药物释放速率受限。光学疗法在癌症及皮肤病治疗等领域展现出独特的优势,但为了实现优异的治疗效果往往需要较高的光敏剂剂量和激光辐照强度,这不可避免地会带来毒性和皮肤损伤。近年来,微针已与多种策略(pH响应、电响应、光学疗法等)联合用于多种疾病治疗。微针与光动力、光热等光学疗法协同应用可以优势互补,在一定程度上降低所使用光敏剂和光热剂的剂量或激光辐照的强度,减少毒性和治疗过程中对皮肤造成的损伤。此外,微针与光响应材料结合可以精确有效地递送药物,增强疗效。综述了近年来微针协同光动力、光热疗法在癌症治疗、伤口管理、医学美容等领域的研究进展,以期为之后更多的研究提供一些参考。     

基于基态和激发态之间跃迁过程的DBTTF-TCNB共晶的光热转换机制（英文）

有机共晶,由于其光热转换性质,为光热成像、生物应用和海水淡化等诸多领域带来了希望和活力.然而,有机共晶的光热转换机制尤其缺少详细且深入的理论研究.本研究使用含时密度泛函理论方法探索了激发和去激发过程,并解释了DBTTF-TCNB共晶比其组分单晶具有更高光热转换效率的原因.结果显示,高激发态的高占比促进了非辐射跃迁的发生.基于DBTTF-TCNB共晶中给电子基团和吸电子基团间的电荷转移结果,我们发现给体和受体之间吸引电子的竞争可能会促进光热转换,且给电子基团在共晶结构中也十分重要.这些结果可为光热转换共晶的设计提供理论指导.轨道贡献和电子密度差进一步证明了我们的结论.因此,本研究从量子化学的角度给光热共晶在创新领域的应用提供了理论依据.     

稀土上转换发光材料的设计及在光动力治疗中的应用研究进展

作为一种新兴的无创治疗方法,光动力治疗在癌症治疗方面具有副作用小、累积毒性小、有效杀伤肿瘤以及精准的靶向治疗而不损伤邻近组织等优势,是理想的癌症治疗方法之一。本文首先简要概括了光动力治疗的机理、基本要素以及细胞作用机制,讨论了稀土上转化发光材料的设计特点以及光动力治疗对上转化发光材料的要求,进一步详述了上转换发光纳米材料、光敏剂以及靶向体的材料结合方式和应用效果,最后综述了光动力治疗和放疗、化疗及光热治疗相结合的协同治疗的进展。     

二硫化钼基纳米复合材料在癌症治疗中的研究进展

近年来,以二硫化钼(MoS2)为代表的二维过渡金属硫化物在生物医学领域得到了广泛的应用,MoS2有望作为基础材料用于发展癌症的多模式治疗.通过表面改性后的MoS2基纳米复合材料使多功能医疗系统成为可能.首先对二维过渡金属硫化物的表面改性方法包括物理吸附和化学键合进行简单介绍.而后对基于MoS2的纳米复合材料在癌症光热疗...     

异质结材料用于肿瘤诊断与治疗的研究进展

癌症是目前全球范围内引起死亡的主要疾病之一,受到人们的高度重视.然而传统的癌症治疗方法仍存在许多缺陷,严重影响了癌症治疗效果并给患者带来了许多不利影响.随着纳米材料的发展,光动力疗法(PDT)和光热疗法(PTT)等新型治疗方法有效弥补了传统治疗方法的不足.其中,将不同成分的纳米半导体材料组合成一个纳米结构的异质结在光动...     

受体-供体-受体结构光疗试剂用于近红外二区荧光成像和光声成像引导的光动力和光热联合治疗（英文）

多模态成像引导的光动力和光热治疗在癌症治疗上具有明显的优势.同时具有近红外光(NIR)吸收、高活性氧(ROS)产率和高光热转换效率的物质是非常理想的光疗试剂.本文设计合成了一种具有“受体-供体-受体”(A-D-A)结构的分子IDCIC.随后通过在IDCIC表面包裹DSPE-PEG2000-NH₂得到了水溶性纳米颗粒IDCIC NPs. IDCIC NPs具有近红外吸收,峰值位于760 nm;同时还具有近红外二区荧光发射,峰值在1000 nm左右,荧光量子产率为1.2%,使得IDCIC NPs具有良好的光声成像和NIR-Ⅱ荧光成像能力.此外, IDCIC NPs在808 nm激光器照射下可以同时产生单线态氧(量子产率为9.1%)、羟基自由基(·OH)和热量(光热转换效率为78.9%).基于以上这些特性, IDCIC NPs可以用于多模态成像引导的光动力/光热联合癌症治疗.     

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。     

高光热效应碳球的快速制备及肿瘤细胞光热治疗

光热治疗是一种非侵入式的新型肿瘤治疗手段, 可弥补传统治疗方式的不足。碳纳米材料作为一种高效的光热剂, 在肿瘤光热治疗中表现出巨大的应用潜力。本研究采用超声辅助法使邻苯三酚与甲醛5 min快速聚合, 经煅烧处理制备了单分散、粒径均一的碳球。该碳球兼具优良的细胞生物相容性和高光热转换效率。在808 nm近红外光照射下, 碳球呈现良好的光热效应和光热稳定性, 光热转换效率达到41.4%。细胞实验表明, 碳球无明显细胞毒性, 对肿瘤细胞具有显著的光热杀伤效果。制备的高光热效应碳球光热剂有望用于肿瘤光热治疗。     

碳基光热转换纳米材料的表面功能化和生物应用

光热治疗技术已经引起了广泛的重视,其走向应用的前提是开发出高效稳定的光热转换材料.碳基光热转换纳米材料具有毒性小、稳定性高等优点,已经成为了研究的热点.综述了碳基光热转换纳米材料(包括纳米碳管和石墨烯)的研究进展,重点论述了其表面改性技术(包括非共价键改性和共价键改性方法);随后总结了其表面功能化方法,主要有RGD、抗体、叶酸和DNA等靶向性功能化的修饰方法;最后介绍了其在光热治疗、近红外热成像等生物医药方面的应用.     

基于矿物特性的太阳能储热材料研究进展

相变材料因其优越潜热被广泛应用于太阳能光热技术中,绝大多数有机相变材料的导热系数非常低,大多介于0.1～0.4 W·m-1·K-1之间。此外,相变材料流动性大,因此需采用导热性能好、具有稳定结构的基体支撑有机相变材料,改善其应用性能。一些天然矿物具有适当的比热与导热系数、多孔道的微结构以及天然的热稳定性与化学兼容性等矿物特性,被用于支撑相变材料制备太阳能储热材料。探讨了矿物的结构特性与性能优势,总结了石墨、珍珠岩、蛭石、硅藻土、埃洛石以及石膏等矿物基太阳能储热材料的制备研究。在此基础上介绍了矿物基太阳能储热材料在太阳能建筑节能、太阳能热水器、太阳能热发电等太阳能光热领域中的应用,并展望了矿物基太阳能储热材料的发展趋势和应用前景。     

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。     

无机纳米颗粒在癌症治疗中的研究进展

纳米材料在癌症治疗中具有重要的意义.近年来,纳米材料的研究涉及多个领域,包括药物传递、疫苗开发、抗菌、诊断、癌症治疗和成像工具等.纳米材料分为有机纳米材料和无机纳米材料,无机纳米材料因其独特的尺寸依赖性的物理化学性质和特殊的光学/电磁学特性而受到广泛关注,而这是有机纳米材料所不具备的.在癌症治疗中,选择合适的无机纳米材料与搭配方法将为治疗带来更好的效果.     

光触发增强葡萄糖氧化酶催化活性的等离子体囊泡用于程序化光热-饥饿疗法

在肿瘤的饥饿治疗及协同治疗中,基于葡萄糖氧化酶(GOx)的纳米诊疗剂展现出具大的应用前景.自组装等离子体金囊泡(GV),由于具有独特的光学性能、巨大空腔和强局域表面等离子体共振等特性,可作为协同治疗的多功能纳米载体.本文中,我们开发了一种装载GOx的GV(GV-GOx)用于光触发释放GOx,同时增强GOx的催化活性,从而实现程序化光热-饥饿治疗.在近红外激光照射下,由于GV具有等离子体耦合效应, GV-GOx可以产生很强的局部高热,引起封装的GOx释放,同时高热可提高GOx催化活性,从而增强肿瘤的饥饿效应.此外,高光热效应可促进细胞对GV-GOx的摄取,并可通过活体光声/光热双模态成像对协同治疗进行有效监测.令人印象深刻的是,协同光热/饥饿疗法能完全消融4T1荷瘤小鼠的肿瘤,抗肿瘤效果明显优于单一疗法,且没有明显的系统毒性.本工作展示了一种光触发的纳米平台,可用于癌症协同治疗.     

聚合物改性水泥基修补材料的研究现状及发展措施

综述了工程修补材料的基本情况,分别介绍了无机类、有机类、有机改性类修补材料的研究现状,并探讨了聚合物乳液在修补材料中的应用潜力。重点论述了常用于聚合物改性水泥基修补材料中的环氧乳液、丁苯乳液、丙烯酸系乳液和醋酸乙烯酯共聚物等聚合物乳液的特性及其应用现状,并就聚合物改性水泥基修补材料的发展中所面临的主要问题提出了若干建议。