国家重大科学研究计划项目“生物医学纳米材料对血细胞作用的研究”工作进展与讨论

结合多模态纳米探针进行淋巴癌等血液恶性肿瘤的在体分子成像与疗效评价研究

东南大学 顾宁 教授


一、2-脱氧-D-葡萄糖修饰氧化铁纳米粒的制备、表征及应用

本文用2-脱氧-D-葡萄糖对氧化铁纳米粒表面进行修饰,通过红外、元素分析、热重、粒径分析、磁学性质研究等手段对其进行结构确定,并用于肿瘤细胞的靶向成像,结果显示2-脱氧-D-葡萄糖成功接枝于氧化铁纳米粒表面,2-脱氧-D-葡萄糖修饰氧化铁纳米粒组被肿瘤细胞吞噬量高于未修饰的氧化铁纳米粒组,说明氧化铁纳米粒表面修饰2-脱氧-D-葡萄糖后,可提高对肿瘤的靶向性。
Xiong F., Zhu Z.Y., Xiong C., Hua X.Q., Shan X.H., Zhang Y., Gu N. Preparation, characterization of 2-Deoxy-D-Glucose functionalized dimercaptosuccinic acid-coated maghemite nanoparticles for targeting tumor cells. Pharm. Res. 2012, on line ((DOI) 10.1007/s11095-011-0653-9).




二、立方形Pt纳米晶的类过氧化物酶的催化活性

我们制备了单分散的尺寸10nm的立方形的Pt纳米晶,这种Pt纳米晶具有类过氧化物酶的催化活性,可以催化H2O2对底物TMB的氧化。而这种类酶的催化活性受到很多因素的影响。我们研究了缓冲液的类型、反应pH值、H2O2浓度,Pt纳米晶以及Pt的聚集态的浓度对催化活性的影响,以期获得优化的类酶催化效应。
Ming Ma, Yu Zhang, Ning Gu,Peroxidase-like catalytic activity of cubic Pt nanocrystals, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2012, Pages 6-10


TEM images (a) and HRTEM images (b) of cubic Pt nanoparticle


Scheme 1. Possible mechanism for the TMB–H2O2–Pt colloid system


Effect of KCl ionic strength on Pt-nanoparticle agglomeration and catalytic activity.

三、增益介质中金属纳米颗粒的等离子体激元奇点

近年来,纳米等离子体光子学由于许多新颖的构想而吸引了人们诸多的研究兴趣,其中一个非常有趣的想法是利用增益辅助的纳米颗粒体系实现表面等离子体放大。我们利用经典电动力学理论,研究了增益介质中金属纳米颗粒体系的等离子体激元奇点现象。研究结果表明:增益介质中金属纳米颗粒体系的增益阈值与颗粒形状参数成反比关系。当把这个现象与局域等离子体场增强的增益单元激发联系起来,我们发现椭球颗粒周围最大电场通过二项指数衰减函数影响增益阈值。这个结论为基于金纳米颗粒的spaser或随机激光系统提供了一种减小增强需求的途径。
Min Cao, Meng Wang and Ning Gu*. Plasmon Singularities from Metal Nanoparticles in Active Media: Influence of Particle Shape on the Gain Threshold. PLASMONICS, DOI: 10.1007/s11468-011-9313-5.


图 1 增益阈值gth与介电函数虚部εm"。(a)随金纳米椭球颗粒长径比的变化;(b)随银纳米椭球颗粒长径比的变化。图中顶部坐标轴表示与不同长径比颗粒对应的LSPR波长


图 2 增益阈值随归一化电场Emax/E0的变化。图中颗粒分别为具有不同长径比的(a)金纳米椭球颗粒(b)银纳米椭球颗粒。颗粒长径比以0.2为步长从1.0变化到8.0。实线为对数据点的二阶指数函数拟合。图(b)中插图为不同环境中归一化电场Emax/E0随银椭球颗粒形状参数κ的变化


图 3 具有不同κ值的银纳米椭球颗粒中最大局域电场(以Es的变化为单位)随η2的变化

四、表面装载超顺磁性氧化铁纳米颗粒的制备

实验利用末端修饰带有羧基的聚乙烯醇(PVA)膜材制备出聚合物微气泡,并通过化学耦联将纳米颗粒装载于气泡表面。膜壳表面修饰磁性纳米颗粒的微气泡与实验室前期研制出的膜壳内嵌入纳米纳米颗粒的微气泡进行比较,发现表面装载纳米颗粒的微气泡具有更高的电荷,这有利于微气泡在溶液中的稳定;通过磁滞回线测量,发现对于同样的纳米颗粒装载量,表面装载纳米颗粒的微气泡具有更强的饱和磁化强度。分别采用频率为3.5MHz的临床用超声诊断仪和7T小动物磁共振成像仪进行显影体外实验,发现表面装载纳米颗粒的微气泡具有更强的超声显影和磁共振显影增强功能。
Wen He, Fang Yang, Yihang Wu, Song Wen, Ping Chen, Yu Zhang, Ning Gu. Microbubbles with surface coated by superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Materials Letters, 2012, 68(1): 64-67


Fig. 1. SEM images of (a) blank microbubbles, (b) SPIO-coated microbubbles, (c) SPIO-embedded microbubbles, TEM images of (d) blank microbubble, (e) SPIO-coated microbubble, (f) SPIO-embedded microbubble, (g-i) are partially enlarged images of (d-f).


Fig. 2. B-mode ultrasound images of (a) distilled water, (b) blank microbubbles, (c) SPIO-coated microbubbles and (d) SPIO-embedded microbubbles.


Fig. 3 (a) MR images of SPIO-embedded microbubbles (I), SPIO-coated microbubbles (II); relationship between R2 and volume fraction of two types of microbubbles (b), and (c) hysteresis loops of (I) and (II).