超声诊断（Ultrasound, US）技术是利用超声波在人体组织界面发生的反射和散射信号强弱差异来传递生物内部信息，从而达到诊断目的的技术。微气泡（Microbubbles）在诊断超声频率下具有良好的超声回波反射信号，是目前常用的超声造影剂，通过包裹气体形成的微气泡超声造影剂（ultrasound contrast agents, UCAs）是利用微气泡在血管或病灶部位聚集后散射回声增强，明显提高超声诊断图像的分辨率、敏感性和特异性的技术。

目前，各种成像方式为医学诊断提供了强大的手段，但是各种影像技术本身由于各自在时空分辨率方面各有优缺点，因此没有任何一种成像方式可以完整而足够地获取所有的人体信息。多模式成像技术涉及考虑两种或两种以上的影像模式的联合使用，从而能够获得结构和功能成分，提取更多更丰富的生物信号，提高对疾病的诊断能力。超声显影和其他影像技术（如光学、MRI、SPECT/PET等）的联合应用能够为为研究人员和临床专家在动物和人体内获取解剖学和生理学信息提供了强有力的诊断手段。

超声、磁共振双模式造影剂

通过制备一种兼具多种成像模式的造影剂材料，利用现有的成像仪器，既可进行超声显影成像，也可进行其他显影模式的成像是一种相对容易实现的联合显影成像方法和技术。在超声微气泡造影剂结构上装载其他造影剂成分或治疗药物，即可实验超声增强和其他医学影像增强模式联合使用的多模式目的，以及超声诊断和治疗相结合的多功能目的。

纳米药物研究

维甲酸纳米给药系统的制备及其眼科应用

成功制备维甲酸纳米悬浮水分散体系以及载有维甲酸的固体脂质纳米粒。可显著提高全反式维甲酸的存留时间，起到缓释效果，显著提高有效药物的含量。动物实验表明该药物没有毒性。

多巴胺D3受体配体新药的研究

进行基于多巴胺D3受体部分激动剂的设计、合成、生物活性及构效关系研究。发现其中15个化合物能显著抑制纳洛酮诱导的吗啡成瘾小鼠的戒断症状，抑制小鼠的跳跃次数，降低小鼠的排便次数及排便量，改善自发活动。

磁性纳米药物递送系统的研究

构建一种多功能的磁性纳米药物递送系统，能装载化疗药物，通过处方优化和大鼠体内药动学的研究，验证了载体的长循环性能以及肿瘤靶向性。

磁性纳米材料及生物医学应用

磁性纳米颗粒模拟酶、催化活性调控及其生物免疫检测应用研究

磁性纳米颗粒表面修饰及用于肝靶向造影剂和肿瘤被动靶向的研究

磁性纳米颗粒标记干细胞后用于活体移植并MR体内示踪成像的研究

As2O3/Fe3O4复合纳米粒磁感应加热治疗裸鼠人宫颈癌移植瘤的研究

生物医用高分子材料

研究内容包括聚合物材料表面的修饰功能化及生物相容性研究；功能高分子的设计合成和应用，瞄准目前国内外高分子材料应用中普遍面临的亟待解决的基础和实际问题，如材料表面的抗血栓问题、抗蛋白吸附问题和抗菌问题等， 针对典型的医用高分子材料，如聚氨酯（PU）、聚乳酸(PLA)、聚丙烯（PP）和聚氧化乙烯(PEO)等开展研究。

主要承担项目包括：教育部“新世纪优秀人才支持计划”（2009年），教育部科学技术研究重点项目（109072）和江苏省自然科学基金（BK2009592），江苏省博士后科研资助计划(0701027B)等。

目前的研究课题主要包括以下三方面的内容：

1) 聚氨酯酯表面亲水润滑性的改进，主要用于介入型材料，如高端医用导管血液滤过材料等

2) 聚合物多孔膜表面抗菌，主要用于介入型插管或导管等器械

3) 聚合物材料表面的抗粘连改性，主要用于植入型材料，如聚丙烯网等

4) 功能高分子的设计合成， 结合ATRP聚合和“click”化学等技术制备具有外界刺激如温度和pH响应的功能聚合物，并探索其在生物医学领域的应用

********以前的成果********

磁性纳米材料及生物医学应用研究

磁性纳米材料制备

磁性纳米粒子由于小尺寸效应和表面效应展示了独特的磁学性质，如超顺磁性、 Neel和Brownian弛豫特性、交流磁热效应等，使得其在生物医学领域具有广泛的应用，如生物分离、生物传感、疾病诊断与治疗、靶向与导航药物等。为了满足应用的要求，发展合适的制备方法成为磁性纳米粒子生物医学应用领域中的一个重要的挑战。采用湿化学共沉淀制备及表面修饰技术，自主研发了一套表面修饰有机分子或生物分子的复合磁性氧化铁纳米颗粒水基磁性液体的制备工艺，包括高速搅拌釜、氧化处理锅和磁分离设备等，单产已实现几十公斤级，尺寸和表面可控，生产工艺简单，设备投资少，易于实现产品的系列化研发，并且获得的水基磁性液体产品各项性能达到医用指标要求。另外，采用溶剂热方法和表面修饰分子替换技术制备了尺寸可控的单分散的水溶性氧化铁纳米粒子。

免疫磁性纳米粒子及生物检测

发展了几种磁性纳米粒子-生物分子偶联技术。用具有功能基团的分子对磁性颗粒表面进行化学修饰，在表面引入活性基团（氨基、羧基、羟基、醛基等），通过偶联反应将抗体、酶、生物素等生物分子结合在颗粒上，既保留了大分子的生物活性，在外加磁场作用下又可以定向移动，在细胞、蛋白质、核酸的分离，生物分析检测，磁共振成像（MRI）和药物靶向运输中具有重要应用。制备了抗心肌肌钙蛋白免疫磁性纳米粒子，并设计免疫磁性传感器，利用振动样品磁强计，化学发光等手段检测心肌肌钙蛋白。

鱼精蛋白－氧化铁纳米颗粒复合物制备及其细胞吸收

许多因素影响细胞对磁性纳米颗粒的吸收，包括纳米颗粒的尺寸和表面修饰、细胞膜的性质和细胞类型等。我们用碳二亚胺（EDC）将多聚阳离子多肽，鱼精蛋白，连接在二巯基丁二酸修饰的氧化铁纳米颗粒（DMSA-IONs）表面，形成鱼精蛋白－氧化铁纳米颗粒复合物，并且比较了这两种颗粒与人肝癌细胞的相互作用。普鲁士兰和透射电镜结果显示DMSA-IONs内化至细胞中的量非常少，而其鱼精蛋白复合物可大量地、高效地进入细胞。

磁性纳米粒子交流磁热效应及肿瘤热疗

深入系统研究了磁性氧化铁纳米粒子在交变磁场作用下升温特性的尺寸依赖性及物理机制，发现材料升温具有最佳尺寸效应，这为我们选择升温特性更好的磁性纳米材料进行磁致肿瘤热疗提供了理论指导。

同时，研制成功肿瘤热疗临床用大型交变磁场发生设备一台。整个设备由激励磁场的电路、输出磁场的磁路、水冷和风冷系统、屏蔽系统、操作控制系统等组成，并根据医用治疗要求分成治疗室、外围电源等设备室和控制观察室三部分。目前该装置设计参数已达到：有效工作空间30×20× 35cm3 ，震荡功率200kW，工作频率50-100kHz，输出磁场强度1-10kA/m。使用该装置对研制的Fe₂O₃/Glu水基磁性液体进行升温实验，升温速率已达到2.3℃/min（对10g/l样品），升温效果理想，达到了设计指标要求。

对Fe₂O₃/Glu水基磁性液体进行了临床前安全性毒理学评价，包括急性毒性实验、遗传毒性实验（小鼠骨髓嗜多染红细胞微核实验和小鼠精子畸形实验）、重复给药实验、溶血实验、血管刺激实验、过敏实验等，表明 复合磁性纳米材料Fe₂O₃/Glu是低毒的，符合临床前的安全性毒理学要求。

研究了磁性介入肿瘤热疗模型。温度场分布在肿瘤热疗中起着非常重要的作用，它决定着有多少肿瘤组织能够在治疗温度下，以及有多少正常组织被加热破坏。我们发现热疗中，有两个因素导致非均匀加热：一是非均匀的磁场参数分布，二是非均匀的纳米颗粒分布。热模型里考虑这两个因素将会给出更精确的温度场分布，而其结果也明显有别于均匀加热模型。我们同时发展了特殊的SAR测量法。SAR值依赖于外部的交变磁场参数。改变外部的磁场参数能调节SAR值的分布，从而可以根据临床需要调节温度场分布。在将来，这种精确的非均匀加热模型有可能应用于热疗治疗计划和优化外科程序中去。

设计研制了相关医用器件，包括医用磁性液体给排器和纳米磁性颗粒体内收集器。医用磁性液体给排器，提出一种基于时序交替的磁场结合介入导管的有关结构来产生对纳米磁性液体向体内的给排控制，以解决磁性液体给药和从体内排出的问题，以获国家发明专利授权。采用高梯度磁场磁分离技术，已经研究设计了一种体内磁性材料收集器的原型器件，并实现了对磁性液体中磁性粒子的提取和富集，收集效率已大于450，并申请了相关专利。

目前正开展磁性液体热疗结合超选择介入栓塞技术对体内荷瘤兔子模型进行动脉栓塞热疗的实验，已经取得较理想的结果。

基于磁性氧化铁粒子作为纳米探针的磁共振分子影像学研究

干细胞移植后，如何从受体辨别供体细胞，并观察其在受体中的生存状况，一直是让人困扰的问题。分子影像学是在细胞和分子水平活体评价生物过程，其中体内示踪干细胞迁徙及其增殖、分化和转归已成为分子影像学的任务之一。磁共振成像（ MRI ）由于其有效成像时间长，空间、时间分辨率高，对比度好等特点，故在活体细胞的示踪中前景看好。

本课题用应用磁性氧化铁纳米粒子和多聚赖氨酸(Poly-L-Lysine, PLL) 的偶联物Fe₂O₃/PLL ，体外标记人脐血间充质干细胞(mesenchymalstemcells, MSCS)，磁共振进行标记细胞成像。制备Fe₂O₃/PLL ，分离人脐血 MSCs 进行纯化并传代培养，标记Fe₂O₃/PLL ，普鲁士蓝染色显示细胞内铁，四氮噻唑蓝 (MTT) 比色试验评价不同浓度Fe₂O₃/PLL 标记 MSCs 后对细胞生长状况的影响， Annexin/碘化吡啶(PI)双染色法检测细胞凋亡，应用 MRI 的 T₁WI、T₂WI、T₂*WI 三个序列进行细胞群成像。结果表明，普鲁士蓝染色清晰显示蓝色铁颗粒位于MSCs胞质内，MTT比色试验示5~200mg/ml等7个铁浓度组，Fe₂O₃/PLL 标记后细胞的光吸收值与未标记MSCS者比较，各组间总体比较差异无统计学意义。标记MSCs时，铁浓度采用20mg/ml较合适。标记MSCs、未标记MSCs者晚期凋亡及坏死细胞分别为5.43% 、2.95%，早期凋亡细胞分别为9.93% 、10.14% 。在MRI的T₁WI、T₂WI、T₂*WI中，标记1×10⁶个MSCs三者、标记5×10⁵个MSCs者较未标记MSCs者均有信号降低改变，且前者的降低率大于后者，3个序列中以T₂*WI 的信号强度变化率最大；标记 1×10⁶个MSCs者，标记后培养8d的信号强度变化率均较7d前下降。这些研究表明，Fe₂O₃/PLL 可以有效标记人脐血MSCs且对细胞的活力、凋亡等生物学特性无明显影响；临床应用型1.5T磁共振仪可在体外进行标记细胞成像。

纳米As₂O₃磁性脂质体的制备及磁感应加热靶向治疗异种移植性宫颈癌的研究

本课题研究目的为： ① 研究Mn_0.5Zn_0.5Fe₂O₄（锰锌铁氧体）纳米磁性材料的制备工艺及其表征；② 研究纳米As₂O₃磁性脂质体的制备工艺及其特性；③ 研究纳米As₂O₃磁性脂质体磁感应加热联合治疗异种移植性宫颈癌。

具体研究内容包括： ① 采用改良的化学共沉淀法制备Mn_0.5Zn_0.5Fe₂O₄纳米磁性材料,用透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）、x-线粉末衍射分析仪(x-ray diffractometer，XRD)及热分析系统等进行表征及特性检测。②在薄膜法制备工艺基础上，采用反复冻融及超声处理、并加明胶分散磁性粒子的改良方法来制备纳米As₂O₃磁性脂质体等，应用TEM、能谱仪（energy dispersive spectrometer，EDS）、原子荧光光谱仪和图像分析仪等进行特性检测；③将无菌的PBS(第一组)、纳纳米As₂O₃脂质体（第二组）、纳米磁性脂质体（第三组）和纳米As₂O₃磁性脂质体（第四组）等分别局注到裸鼠人宫颈癌移植瘤中，后三组经交变磁场 (alternating magnetic field，AMF)照射3次，30d后测抑瘤率及其对肝、肾功能的影响等。

研究结果表明： ①制备的锰锌铁氧体纳米粒子为圆形，约40nm，并经XRD图库检索证实；筛选出材料的磁流体在体外能感应加热而升温到40℃~51℃，且最终温度能稳定控制不变。②制得的纳米As₂O₃磁性脂质体190±80nm，并经EDS证实。其药物包封率为53.0%。③在AMF照射下，第二、三、四组移植瘤的质量抑制率分别为57.06%、49.44%和80.84%，第四组与二、三组相比P<0 .05，与第一组相比p<0.001，均有显著性差异。各组血清ast、alt、bun及cr的均值之间相比均p>0.05，无显著性差异。实验组肿瘤组织有明显坏死，而瘤旁和内脏组织均未见明显损伤。

结论：①锰锌铁氧体纳米粒子可用于肿瘤的磁感应热疗，并能达到控温、恒温的效果。② 纳米As₂O₃磁性脂质体是一种较理想的靶向治疗肿瘤的复合载体，并可以同时发挥药物和磁感应加热的联合定向治疗作用，且对肝功、肾功没有明显的毒性，极可能成为一种宫颈癌治疗新途径。

载药高温纳米乳液的相行为和可控结构的实现

本项目系统研究了可用于脂溶性药物输运的一类特殊高温纳米乳液的相行为及其结构表征与调控。这类纳米乳液的特殊之处在于 :（1）其油相材料在室温下为固体，只有在高于油相材料熔点以上的温度时才可以得到以其熔融液态为油相的纳米乳液。（2）上述油相材料均采用生理相容性很好的一些脂质材料，如脂肪酸，各种脂肪酸甘油酯等。由于其中很多材料为内源性物质，对人体没有毒害。这就使得上述材料在与人类健康息息相关的一些领域具有广阔的应用前景。（3）本项研究工作事实上提供了一个研究应用平台，一方面凡是生理相容性高的脂质材料均可采用本项目技术得到其高温纳米乳液并进而制得其脂质纳米粒；另一方面，凡是可以溶解于高温熔融液态脂质材料中的功能物质，均有可能采用本项目技术加以负载制得载有这些功能材料的脂质纳米粒，如应用于纳米药物载体、营养食品、美容护肤品等。

下面分几部分对本项目工作的技术进展进行报告：

1 相图检测装置的研制

常规纳米乳液的相行为研究方法已经比较成熟，即采用滴定法。这是一种向混合体系中加入不同量的水来研究体系组成与体系相态之间相互关系的一种技术。而对于我们所要研究的特殊纳米乳液体系来说，温度是最重要的试验参数。因为纳米乳液是一种液 /液混合体系，而室温下为固态的脂质材料必须在高于其熔点的情况下才可以成为液态。所以，从最基础的相图研究开始，就需要建立一种有别于现有研究方法的新方法，特别是研制一种可适用于这种特殊体系的相图检测装置，从而可以 系统研究可用于脂溶性药物输运的高温纳米乳液的相行为 ，为制备稳定的载药高温纳米乳液提供理论指导。

该装置是针对所研究的特殊高温纳米乳液而研制的， 由五部分构成：控温部分、搅拌部分、加液部分、检测部分和开关控制部分。优点有： 1）可以准确、方便地控制温度且能使体系维持恒温；2）利用搅拌器或漩涡混合仪使体系充分混合，更利于相变的判断； 3 ） 利用暗箱，操作简单且可以比较准确地判断液晶区。经过使用，证明该装置已经完全达到设计目的和使用要求，成为高温纳米乳液相行为研究的根本工具。该装置实用新型专利已获授权，发明专利申请尚在审核中。如对加样部分与检测部分进行改进则有望获得一种快速可靠的相图检测装置并应用于大量体系的快速筛选检测中。

采用常规相图法研究高温纳米乳液的相行为，可以获得其 O/W ， W/O ， B.C. ， LC 区域，这对利用其中的区域特别是水包油纳米乳液 (O/W) 区域进行载药高温纳米乳液的结构调控和载药纳米粒的可控制备具有非常重要的理论指导意义，开创了制备载药纳米粒的一种崭新的方法。由于目前检测技术的局限，未能实现高温纳米乳液结构的实时观察，采用原子力显微镜及透射电镜通过对降温后得到的脂质纳米粒的观察间接实现了对高温纳米乳液的结构研究并用于对其结构的调控。

采用自制装置，共对三种体系进行了详尽的相行为研究并基于相图结果制备了未载药及载有维甲酸药物的脂质纳米粒。由于乳化剂体系对纳米乳液的制备具有决定性影响，所以共选用了两种乳化剂体系。一种为两种非离子型乳化剂复配，另一种为非离子型 / 离子型乳化剂复配。对于油相材料，则根据现有纳米药物载体的研究进展，分别采用单一固态脂质和固 / 液两种混合脂质。

2 不同乳液体系相行为研究及脂质纳米粒制备

体系1：非离子/非离子乳化剂，单一固态脂质

所研究的体系为：硬脂酸聚烃氧酯（S-40）/泊洛沙姆（Poloxamer 188，F-68）/单硬脂酸甘油酯（GMS）/水混合体系，对其相行为进行了全面的研究并基于相图结果完成了脂质纳米粒的可控制备。

此体系采用的是两种非离子型乳化剂复配来进行纳米乳液研究。

利用自行研制的装置，绘制了S-40/ F-68/水体系的相图，根据相图结果和实验现象，确定了S-40 和F-68最优的配比为7:3。加入油相单硬脂酸甘油酯GMS,绘制了S-40/ F-68/GMS/水的拟三元相图（图12）。相图结果表明温度（图13）和药物（图14）对相行为的影响很小，特别是O/W微乳区。

基于相图研究结果制备了纳米药物载体，然后以维甲酸为模型药物制备了维甲酸固体脂质纳米粒 (RA-SLN) 悬浮液，并通过冷冻干燥制得冻干粉。对其进行表征的结果如下：(1) 粒子粒径维持在 10 －20 nm，呈不规则的球形（图 15）；(2) RA-SLN 最高载药量达到 327μg/mL；(3) 物理稳定性高，冷冻离心（4℃，12000 r/min ） 120 min 或载体保存1年后粒径分布仍然基本不变；(4)RA-SLN的体外透皮实验说明其对皮肤透过性能很好。

体系2：非离子/离子乳化剂，单一固态脂质

此体系采用的是一种非离子和一种离子型乳化剂复配来进行纳米乳液研究，单一固态脂质仍选用GMS。针对Brij78/脱氧胆酸钠/GMS/Water体系展开相行为研究，并探索其在脂质纳米粒制备中的应用。

研究了不同的脂质含量对相态的影响。在脂质含量分别为10％、20％、33％、50％时，绘制拟三元相图，结果表明只有在脂质含量比较低的时候，才出现O/W微乳区。经过比较，选取脂质含量为20％，绘制载药相图，发现维甲酸药物对相行为有一定的影响，特别是O/W微乳区，该区域略有扩大。

基于相图结果制备了RA-SLN，对其进行了表征：粒子平均粒径在10－20 nm之间（图17）；RA-SLN最高载药量达到1.039mg/mL ；物理稳定性较好；RA-SLN滴眼液抑制后发性白内障的实验说明其能有效抑制晶状体上皮细胞的增殖，预防兔后发性白内障的形成。

体系3：非离子/非离子乳化剂，两种混合脂质

混合脂质的应用对于拓宽脂质纳米粒的应用领域及改善其稳定性具有非常重大的意义。

在75℃下，以S40/F68(7:3)为乳化剂进行了GMS+20%癸酸（图18）、GMS+20%油酸（图19）、单独油酸、单独癸酸这四种不同脂质配方的相图的绘制和研究，比较了其相图特点，并对GMS+20%癸酸、GMS+20%油酸两种体系的水包油区进行了验证性试验，发现与相图完全吻合。在相图基础上利用微乳法以及高压均质法进行了未载药的纳米结构脂质载体（NLC）的制备和表征。PCS 结果表明所制备的NLC其平均粒径在10－20 nm之间，TEM及AFM测试证实NLC为不规则的球形纳米粒子（图20，图21）。该纳米粒具有很好的稳定性。

选择维甲酸作为模型药物，采用了两种不同的制备方法，特别是微乳液法制备了载有维甲酸的NLC。维甲酸固体NLC基本呈球状，粒径在10－20 nm间。经过TEM、ZETA电位、PCS等测试发现，载入维甲酸后其表征情况无明显变化，稳定性很好。此外，还进行了VA,VE的载药试验，经检测VA-NLC、VE-NLC粒径均在10-20nm间，时间稳定性很好。

深入理解载药高温纳米乳液的相行为，实现在理论研究指导下的具有一定结构的载药纳米乳液的可控制备，为其工业应用奠定基础。本项目的完成提供了一种从上游基础研究所需专用装置到下游制备技术在内的具有完全自主知识产权的载药脂质纳米粒的研究方法和制备技术，为该类脂质纳米粒在健康产业的实际应用奠定了良好的基础，该纳米粒可广泛应用于药物载体、营养食品以及化妆品原料等与健康产业密切相关的产品中，为创新产品以及老产品的升级换代提供服务。其突出优点表现为：

• 可选体系众多：上述研究方法提供了一个公用平台，原则上，所有生理相容性高的固态脂质材料均可利用此平台制备其纳米粒。

• 应用前景广阔：能够溶解于熔融脂质材料中的功能物质均可制得其脂质纳米粒，其在健康相关产业如纳米药物载体、营养食品、美容护肤等领域中具有广泛应用前景。而且制得的纳米粒粒径可低至10纳米左右，其水分散液澄清透明，从而为其应用领域的拓宽奠定了基础。该技术正是美国可口可乐公司与我们开展国际合作项目的技术保障。

• 制备方法简单：制备方法简单有效，易于实现规模化生产。主要生产设备可以采用控温搅拌釜或者高压均质机，均为常规化工生产设备。设备投入可根据生产规模灵活选择。在863项目的资助下，已经成功实现间歇式单次制备50升脂质纳米粒水分散体系的小试工作。

分子印迹聚合物及应用

分子印迹聚合物是一种具有模拟生物分子识别能力的聚合物材料，不仅对特定模板分子有高度亲和性和选择性，同时具有抗恶劣环境能力强、稳定性好的优点， 可用于生物、医药、环境样品等复杂基体中痕量分析物的高选择性分离。本研究小组采用本体聚合、 原位在柱聚合、沉淀聚合、表面接枝聚合、牺牲载体等聚合方法和采用消旋体作为模板的新型印迹体系 合成了适于高效液相色谱和薄层色谱的高选择性色谱固定相，应用于手性药物分子分离检测和 高灵敏残留药物检测 ，并 组装印迹聚合物薄膜作为传感元件应用到 SPR（表面激元共振）成功检测了手性氨基酸衍生物。