更全的杂志信息网

Fe2O3@Au双模态纳米粒子在生物成像中的应用

更新时间:2016-07-05

目前,结构纳米材料在生物医学领域引起了广泛关注,包括超灵敏探测、生物医学成像、靶向治疗等[1]。尤其是在分子成像领域,如核磁共振成像(MRI)[2 - 3]、正电子发射断层成像(PET)[3]、电子计算机X射线断层扫描(CT)[4 - 5]、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)[6 - 7]、光学成像[8]等进行肿瘤体内外成像诊断。为了提高疾病诊断的准确度,理想的方法是将多种成像模式集于一种纳米材料中。

Fe2O3@Au纳米粒子中的Fe2O3具有超顺磁性,可在MRI中作为T2测量的造影剂[9 - 10]。而Au纳米粒子作为一种新的CT造影剂可用于肿瘤成像[11],其与传统的含碘造影剂相比有更高的X射线吸收系数、易于表面修饰、良好的生物兼容性和较长的循环时间,可以在较长时间内进行成像。已有研究小组制备了Fe2O3@Au应用于生物系统的双模态MRI/CT成像[12 - 13]。但是纳米粒子的粒径、形状、表面活性等影响了它在生物体中的应用[14 - 15]。20~50 nm 粒径大小的纳米粒子表现出最有效的吸收动力学特性,这可能是细胞吸收纳米粒子最有效的尺寸,同时球形纳米粒子要比其它形状的纳米粒子更易被吸收 [16 - 17]。本文制备了26 nm球形Fe2O3@Au纳米粒子,具有低毒、高X射线吸收系数、高流通性和稳定性。通过荷瘤裸鼠的活体成像实验,证明了小粒径的Fe2O3@Au具有更强的体内成像能力。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

3.0T超导型磁共振扫描仪 (Signa HDx),5.0 cm 小动物实验专用线圈,GE64排螺旋CT系统均为美国GE公司;Urmini-1240紫外-可见分光光度计(日本,岛津公司);H-600型透射电子显微镜(TEM)(日本,日立公司);JSM6490LA能谱仪(EDS)(日本,电子公司)。

3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐(MTT)、二甲亚砜(DMSO)等,购自北京鼎国生物有限公司。其它化学试剂均为分析纯。所有实验用水均为Milli-Q超纯水(18.2 MΩ·cm)。

综上所述,DN 患者血清 Cys-C、HCY、HbA1c和UmALB表达水平显著升高,联合检测血清Cys-C、HCY、HbA1c和UmALB表达水平对DN的早期诊断优于单项检测,对评价DN的发生发展以及预后有重要的临床意义。

通过3.0 T核磁成像仪对不同浓度Fe2O3@Au纳米粒子溶液T2值进行测量,结果表明Fe2O3@Au纳米粒子的驰豫效率为83.75 L/(mmol·s),而PEG -SH修饰的Fe2O3@Au纳米粒子的驰豫效率则减少到56.12 L/(mmol·s),这是由于纳米粒子表面PEG -SH层屏蔽了水分子与纳米粒子表面的接近,从而引起了r2驰豫效率的降低(图5)。图6插图为不同浓度纳米粒子的T2核磁成像,PBS为对照,随着Fe浓度的增加,成像信号明显变暗。

1.2 实验方法

1.2.1 Fe2O3@Au核壳纳米粒子的合成 改进Lyon等人所报道的方法[18],通过共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子[19]。将100 mL 0.01 mol/L HCl加入Fe3O4纳米粒子溶液中,得到的胶体用磁铁收集并用水冲洗两次。新制备的Fe3O4纳米粒子用0.01 mol/L HNO3溶解,在90~100 ℃水浴中剧烈搅拌6~8 h,直至完全形成Fe2O3后,冷却至室温并用水冲洗两次,用0.1 mol/L的TMAOH冲洗一次。所获得的Fe2O3纳米粒子分散在0.1 mol/L的TMAOH中,静置直至液体澄清为酒红色。将Fe2O3胶体用30 mL水稀释到1.1 mmol/L,加入1.5 mL 0.1 mol/L柠檬酸钠,剧烈搅拌10 min后,参考Lyon等人的方法将一定量的0.2 mol/L盐酸羟胺和1%HAuCl4,间隔10 min先后添加到上述溶液中,直至获得所需Fe2O3@Au纳米粒子。

1.2.2 Fe2O3@Au纳米粒子的表征及PEG -SH5000的修饰 使用紫外-可见分光光度计对Fe2O3@Au纳米粒子制备过程进行监控。将Fe2O3@Au纳米粒子利用能谱仪(EDS)进行元素组成分析。利用透射电子显微镜(TEM)在100 kV加速电压下测量纳米粒子粒径、形貌变化及粒子的分散情况。并由Image J软件统计200个纳米粒子的粒径。将Fe2O3@Au纳米粒子分别与PEG -SH5000 以不同摩尔比(1∶2 500,1∶5 000,1∶10 000,1∶25 000,1∶50 000 和1∶80 000)反应1 h,通过离心除去未反应配体(4 000 r/min,30 min,3次),分散于水中,4 ℃下保存备用,命名为PEG -Fe2O3@Au。将其分别分散在不同的缓冲体系中:水、0.4 mmol/L柠檬酸钠、200 mmol/L NaCl、10 mmol/L HEPES、10 mmol/L PBS、10 mmol/L PBS +10%FBS、100%FBS、DMEM+10%FBS。37 ℃放置7 d,肉眼观察并进行紫外-可见光谱的测量。考察PEG -Fe2O3@Au在各种缓冲液中的稳定性。

1.2.3 细胞毒性实验 以1.0×104 cells/mL的密度将 SW620细胞接种于96-孔板中,过夜孵育细胞后,更换含有不同浓度PEG -Fe2O3@Au(0.06、0.12、0.24、0.48、0.72 nmol/L)的培养基继续培养。24 h之后去掉含纳米粒子的培养基,在新鲜培养基中添加10 μL MTT(5 mg/mL)[20]。先用酶标仪的全波长扫描测出吸收峰,将该吸收峰所在的波长作为测量波长。用微型孔板分光光度计读出510 nm处的吸光度值,以未与Fe2O3@Au共培养的SW620细胞为对照组。相对的细胞活率为[A]test/[A]control×100%。每组实验重复3次。

1.2.4 试管的MRI/CT成像 将不同Fe浓度(0.06、0.12、0.18、0.24、0.36、0.48、0.6、0.72 mmol/L)的Fe2O3@Au及PEG -Fe2O3@Au的PBS溶液各1 mL,分别置于1.5 mL离心管中,用MFSE序列进行T2驰豫时间的测量。参数如下:TR=2 500,TE=13~104 ms,flip angle=90°,resolution=256×256,section thickness=3 mm,FOV=16×16 mm。T2驰豫效率由1/T2与纳米粒子的Fe浓度的函数关系得到的线性关系的斜率决定。T2 mapping是由3.0 T超导型磁共振扫描仪执行完成。不同Au浓度(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5 mg/mL)CT成像是由64排CT成像系统完成。成像参数如下:100 kV,80 mA,silce thickness=0.625 mm。测定每个样品的Hounsfield units(HU)值。

城市交通中有着参与者和实施者两个不同的角色,在不同的角色中都有着重要的作用,有着不同的特性。在城市交通中的参与者具有一定的情况感知和响应的能力,在城市交通中的参与者的积极性要比实施者的积极性高,而且在城市交通的参与者对交通的适应性是比较高的。而大数据技术就是将这些参与者在城市交通中产生的数据进行分析并反馈给实施者。通过大量的数据分析可以使实施者得到更加有价值的数据,从而将城市交通规划做到更好。

1.2.5 荷瘤裸鼠模型的建立及体内的MRI/CT成像 将结直肠癌细胞SW620以1.0×107cells/mL用DMEM培养基重悬,以200 μL/只用量对4~6周龄的BALB/c裸鼠(约20 g)进行右腋皮下接种,接种2周后待肿瘤直径达到3~5 mm左右进行成像分析。先将0.25 mL(52 nmol/L Fe2O3@Au,其中Au和Fe分别为 5.93、1.7 mg/mL)的Fe2O3 @Au的PBS溶液经裸鼠的肿瘤区域皮下注射到体内,分别在注射前和注射30 min后进行CT和T2 MRI成像分析。CT成像参数同前,MRI参数如下:TR:4 000 ms,TE:17.5 ms,FOV:12.0×12.0,DFOV:8.0 cm,288×256,1.0 mm。以同样直径的目标区域(the region of interest(ROI))放置在注射及未注射造影剂T2-成像的同一片层,得到肿瘤的信号强度。

这本身并没有什么具体含义,我力求体现的是一种哲学观念,经过生与死两种力量的不断斗争,生命、人性才会得到升华和进化。生与死,白天与黑夜、善与恶紧紧地交织在一起,虽不规则,但又是一个整体。

2 结果与讨论

2.1 纳米粒子的表征

合成过程中所获得的Fe2O3纳米粒子分散在0.1 mol/L TMAOH中,必须静置直至液体澄清为酒红色才可以使用,经过静置会获得平均粒径3.90±1.39 nm均匀的纳米粒子胶体溶液,伴随盐酸羟胺和1%HAuCl4的加入,溶液颜色由淡黄色逐渐变成类似纯金纳米粒子的深红色(图1插图)。要比Lyon在最终合成的呈深粉红色Fe2O3@Au纳米粒子溶液更接近纯Au纳米粒子的颜色,表明纳米粒子粒径更小而且表面包被了更多的Au,便于后续利用Au的特性进行CT成像。如图1所示,SPR峰值逐渐增加并蓝移至521 nm。说明Au在纳米粒子中的量增加。EDS谱图表明了Fe和Au同时存在(图2)。由电感耦合等离子体发射光谱定量分析可知Au∶Fe2O3 的摩尔比约为1.07∶1。

[8] Zhao Y L,Liu S,Li Y P,et al.Colloid Interface Sci,2010,350(1):44.

图1 Fe2O3@Au纳米粒子的紫外-可见(UV-Vis)光谱图 (插图为合成纳米粒子溶液颜色的变化) Fig.1 UV-Vis spectra of Fe2O3@Au nanoparticles(The inset shows a color change of the nanoparticle dispersiov solution)

图2 Fe2O3@Au纳米粒子的能谱(EDS)图 Fig.2 EDS spectra of Fe2O3@Au nanoparticles

由透射电镜(TEM)表征结果可知:Fe2O3的平均粒径是3.90±1.39 nm (图3A),Fe2O3@Au的平均粒径值变为26.22±4.14 nm(图3B),且证实了纳米粒子近似球状并具有较窄的粒径分布。

图3 Fe2O3(A)和Fe2O3@Au(B)纳米粒子的透射电镜(TEM)图(插图表示纳米粒子的粒径分布柱状图) Fig.3 TEM images of Fe2O3(A) and Fe2O3@Au(B)(The inset shows the histogram of the size distribution the nanoparticles)

观察PEG -Fe2O3@Au纳米粒子在各种介质中,于37 ℃下放置7 d之后没有明显的沉淀,在水中和0.4 mmol/L 柠檬酸钠中的紫外-可见光谱几乎没有发生变化。在其它缓冲溶液中随着时间的延长,纳米粒子在离心管管壁上发生吸附使紫外-可见光谱的吸收峰下降。但纳米粒子的SPR峰值未发生明显移动,说明其未发生变性。表明PEG -Fe2O3@Au在各种生理环境条件下具有更好的胶体稳定性。

2.2 细胞毒性试验

同样CT成像证实Fe2O3@Au纳米粒子的X射线吸收强度随着纳米粒子浓度的增加而增加。当纳米粒子中的Au浓度为4.2 mg/mL 的Hounsfield Unit值为200 HU,等同于目前临床通用的基于碘的小分子的CT造影剂8 mg/mL Omnipaque的造影效果,X射线吸收系数是碘的1.93倍(比碘高93%),高于张松等人[23]的1.87倍,显示了其更优越的成像性能(图6)。

图4 MTT检测PEG -Fe2O3@Au 纳米粒子与细胞作用24小时后的细胞毒性 Fig.4 The cell survival rate of SW620 human colorectal cancer cells after mixed with different concentrations of PEG -Fe2O3@Au for 24 h by MTT assay.

2.3 试管的MRI/CT成像

细胞培养基DMEM和胎牛血清(FBS)均购自美国Gibco公司。SW620人结直肠癌细胞株购自中科院上海细胞库。BALB/c裸鼠(雄性,4~5周龄,20 g左右)购自中科院上海实验动物中心,饲养于清洁级环境(吉林大学实验动物中心),使用裸鼠专用饲料和无菌水饲养。

“水利科研机构肩负着重要的历史使命和责任。”中国水科院院长匡尚富在代表中国水利科研机构发言时讲道。他介绍了近5年实施中欧流域综合管理项目期间中国水利科研机构与欧盟相关单位开展的研讨交流和关键技术联合攻关情况,以及自2011年中央1号文件颁布之后中国水利科技界的行动。他建议在已有合作的基础上,深入推进中欧科研机构在水资源合理开发利用和优化配置、水资源节约保护、河湖健康保障、保障粮食安全用水、城市化进程的水问题以及能力建设等领域的交流合作。

以510 nm为测量波长,用微型孔板分光光度计读出510 nm处的吸光度值。MTT分析SW620与高达0.7 nmol/L PEG -Fe2O3@Au纳米粒子作用24 h之后,发现随着纳米粒子浓度的增加,相对细胞活率反而高于对照组,类似于Xie和Chien等人的研究结果[21 - 22]。表明PEG -Fe2O3@Au不影响细胞新陈代谢且有很好的生物兼容性(图4)。

图5 PEG -Fe2O3@Au和Fe2O3@Au的T2驰豫效率(1/T2)(插图为PEG -Fe2O3@Au和Fe2O3@Au纳米粒子的T2-wMR成像) Fig.5 T2 relaxed efficiency(1/T2) of PEG -Fe2O3@Au and Fe2O3@Au nanoparticles(The inset shows T2-wMR images of PEG -Fe2O3@Au and Fe2O3@Au nanoparticles)

图6 在100 kVp条件下不同浓度PEG -Fe2O3@Au 纳米粒子的HU值(插图为相应的CT成像) Fig.6 HU values of various concentrations of PEG-Fe2O3@Au nanoparticles at 100 kVp(The inset shows CT images of PEG -Fe2O3@Au nanoparticles)

2.4 纳米粒子体内成像分析

将溶于250 μL NaCl 溶液的52 nmol/L Fe2O3@Au纳米粒子,皮下注射到裸鼠腋下肿瘤部位(用红色圈标出)。发现纳米粒子注射后30 min仍然保留。CT测量的HU值从40(图7a)增加到700(图7b)。MRI成像中,肿瘤区域在注射纳米粒子前值为1 015(图7(c)),而注射纳米粒子30 min后值为1 904(图7(d)),肿瘤区域明显变暗。

图7 对荷瘤裸鼠进行CT(a和b)成像和T2 MRI(c和d)成像及未注射(a和c)和注射Fe2O3@Au纳米粒子30 min后(b和d)的成像 Fig.7 CT(a and b)and T2 MRI(c and d)images of the nude mice bearing a tumor pre-injection without intratumoral injection of Fe2O3@Au nanoparticles(a and c) and with intratumoral injection of Fe2O3@Au nanoparticles after 30 min

3 结论

[7] Ntziachristos V,Weissleder R.Med Phys,2002,29(5):803.

参考文献

[1] Alivisatos A P,Gu W,Larabell C.Annu Rev Biomed Eng,2005,7:55.

[2] Chen L C,Zhang H S,Ye Q,et al.Mol Imaging Biol,2011,13(5):825.

[3] Xu Y J,Song Y H,Zheng Q.Chin J Polym Sci,2015,33(5):697.

[4] Khalil M M.Basic Sciences of Nuclear Medicine.Germany:Springer International Publishing,2011,179.

[5] Peng C,Wang H,Guo R,et al.J Appl Polym Sci,2010,119(3):1673.

[6] Tokunaga E,Oki E,Nishhida K,et al.Int J Clim Oncol,2006,11(3):199.

(1)当满足以下两个条件之一时,立即对多部件系统进行停机维修:①收到某个MC的维修请求后;②收到m个AC的维修请求后。

本文结合Fe3O4的超顺磁性及Au纳米粒子的X射线吸收特性,制备了小粒径且具有良好生物相容性的Fe2O3@Au纳米粒子,实现了荷瘤裸鼠的活体MRI/CT双模态成像,并有望将Fe2O3@Au进一步作为靶向探针应用于活体双模态成像。

有关中风的发病机理,历代著作较多,气虚血瘀、肝阳上亢与本病的病机有一定的关系[6]。遵循益气活血,疏通经络,滋阴补阳,熄风开窍等法,能够使患者元气得以补充,脾胃得健,肝气得充,最终恢复患者的生理及形体功能,从而提高患者的精神健康水平。中医在康复过程中具有不可或缺的作用。中医康复疗法可促进患者中枢神经系统的恢复,降低神经功能损伤[7]。中医康复学的特点是在整体观念、辨证论治等理论指导下,实现整体康复、辨证康复。

[14] Albanese A,Tang P S,Chan W C.Annu Rev Biomed Eng,2012,14:1.

本文对商用冷柜使用R134a冷媒和R600a/R290混合冷媒时的冷媒特性、制冷循环过程及性能特性进行了分析,所得结论可为后期新冷媒的研发提供依据。

[10] Li K,Lai Y J,Zhang W,et al.Talanta,2011,84(3):607.

[11] Sreeja N,Binulal N S,Ullas M,et al.ACS Appl Mater Inter,2012,4(1):251.

4)应用形式多样。微课涉及的学科多样,呈现的内容精练,改变了传统教学模式单一的状况,所以在日常课堂教学中值得应用和推广[5]。微课不仅提高了学生的自主性,也对教师的发展和教学形式提供了新的思路。微课目标明确、主题鲜明,所以微课应用不受专业限制,不受年级限制,也不受教育水平限制,影响范围广。

[12] Cai T,Li M,Neoh K G.J Mater Chem,2012,22(22):16248.

跨境人民币业务范围不断扩大。建成了以云南为枢纽,辐射东南亚、南亚,延伸至欧洲、美洲、大洋洲及非洲的跨境人民币清算、结算网络,促进了人民币区域化、国际化。截至6月末,全省银行与境外84个国家(地区)建立了跨境结算渠道,其中涉及参与“一带一路”国家(地区)达34个,境外银行在云南省银行开立人民币同业往来账户87户,境外机构在全省银行开立非居民人民币账户1759户。

[13] He X X,Liu F,Liu L,et al.Mol Pharm,2014,11(3):738.

[9] GAO S X,LIU F Y,ZHANG P T.Chin J Anal Chem(高硕辉,柳扶摇,张卜天.分析化学),2013,41(6):811.

这话鬼才信呢。林老板找我绝对不会有好事。我说夏俊,你要找我叙旧,我一定奉陪,但林老板找我,恕我不能奉陪。夏俊有点急,说实话对你说了吧,你现在缺抛光熟手么?林老板可以帮你。

式中:v是清洁机器人的直线行走速度;n是履带驱动轮的转速;r是履带驱动轮的半径;n电是驱动电动机的转速;i是减速齿轮箱的减速比。

[15] Walkey C D,Olsen J B,Guo H,et al.J Am Chem Soc,2012,134(4):2139.

[16] Jiang W,Kim B Y,Rutka J T,et al.Nat Nanotechnol,2008,3(3):145.

[17] Chithrani B D,Chan W C.Nano Lett,2007,7(6):1542.

[18] Lyon J L,Fleming D A,Stone M B,et al.Nano Lett,2004,4(4):719.

[19] Laurent S,Forge D,Port M,et al.Chem Rev,2008,108(6):2064.

[20] Marqués-Gallego P,den Dulk H,Backendorf C,et al.BMC Biotechnol,2010,10:43

[21] Xie H,Zhu Y H,Yang X L,et al.Biomaterials,2011,32:495.

[22] Chien L Y,Hsiao J K,Huang D M,et al.Biomaterials,2011,32:3275.

[23] Zhang S,Gong M F,Zhang D,et al.Eur J Rudiol,2014,83(7):1190.

夏青,陆美林,张晓丽,章俊平,于源华,何秀霞
《分析科学学报》 2018年第02期
《分析科学学报》2018年第02期文献

服务严谨可靠 7×14小时在线支持 支持宝特邀商家 不满意退款

本站非杂志社官网,上千家国家级期刊、省级期刊、北大核心、南大核心、专业的职称论文发表网站。
职称论文发表、杂志论文发表、期刊征稿、期刊投稿,论文发表指导正规机构。是您首选最可靠,最快速的期刊论文发表网站。
免责声明:本网站部分资源、信息来源于网络,完全免费共享,仅供学习和研究使用,版权和著作权归原作者所有
如有不愿意被转载的情况,请通知我们删除已转载的信息 粤ICP备2023046998号