功能性包膜造影剂微泡的定征、动力学响应和应用研究

发布时间：2017-03-17 20:00

  本文关键词：功能性包膜造影剂微泡的定征、动力学响应和应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：恶性肿瘤和心脑血管疾病已成为人类健康面临的两类严重威胁,因此对恶性肿瘤和心脑血管疾病的早期诊断和有效治疗引起了越来越多的关注。随着纳米生物技术、医学成像和靶向基因／药物转染的发展,超声／核磁共振成像引导下的临床诊断和治疗已经成为最有前途的非侵入性治疗方法之一。超声成像是一种非电离辐射成像模式,它以无电离辐射、安全性高、价格低而且可以为我们提供实时图像等优势,成为临床医学上最常用的一种诊断手段。微气泡超声造影剂的引入,进一步提高了诊断的准确性。近年来,微气泡超声造影剂在超声治疗领域得到更多关注,在靶向基因／药物转染、肿瘤消融和放射疗法等方面得以应用。磁性纳米颗粒已经广泛应用在核磁共振成像中,可以提高空间分辨率和软组织对比度,从而提高临床诊断的准确性。超顺磁氧化铁纳米颗粒(SPIO)以独特的磁性特征,良好的生物相容性和磁性非病毒载体等优势,在生物医学领域得到了广泛应用。将SPIO颗粒嵌入在超声造影剂微泡表面可以制备多功能诊断／治疗造影剂,但同时这也改变了微泡造影剂的机械特性(例如微泡粒径分布,微泡包膜厚度和粘弹特性),进而影响微泡造影剂的动力学响应(比如共振频率、次谐波／谐波响应、声衰减系数、非线性振动和空化效应)和微泡造影剂在临床中的应用。本文着重研究SPIO颗粒的嵌入如何影响超声造影剂微泡的机械特性和动力学行为。通过将二巯基丁二酸(DSMA)修饰的SPIO颗粒与白蛋白包膜微泡进行组装来制备一种功能性包膜造影剂微泡。其次采用紫外分光技术,磁性检测技术,透射电子显微镜,X射线能谱和基于原子力显微镜(AFM)三维扫描技术对功能性包膜造影剂微泡进行了物理特性表征。研究结果表明,SPIO纳米颗粒能成功附着在白蛋白微泡包膜上,并且对微气泡包膜的结构和形貌有一定影响。本文还采用了一种综合性技术来定征双模态包膜微泡的机械特性和声学特性并提高评估的准确性和确定性。将原子力显微技术,单微粒光感技术,声衰减特性,包膜气泡动力学仿真相结合,多模态微泡粒径分布,包膜厚度,粘弹特性逐一确定,均为单一参数评估,不存在不确定性。本文系统地研究了SPIO粒子浓度对多模态微泡造影剂的机械特性和声学特性的影响。研究结果表明将原子力显微技术与包膜气泡动力学模型相结合可以准确定征包膜微泡的粘弹特性,随着SPIO纳米颗粒浓度的增加,包膜微泡的弹性系数呈现下降趋势,而粘性系数成上升趋势。另外,本文对功能性包膜造影剂微泡在超声成像、磁共振成像以及超声协助VEGF转染中的应用进行了系统的研究,研究结果表明,SPIO纳米颗粒的引入明显改善了超声成像和磁共振成像效果,其诊断的灵敏度和准确性大幅度提高,同时研究发现,当SPIO纳米颗粒浓度为114.7 μg/ml时,超声协助VEGF转染的效果最佳,从而为进一步完善功能性包膜造影剂微泡的设计方法提供有力支撑。针对超声结合造影剂增强水凝胶组织工程支架的孔隙率和通透性的作用机理进行了研究,采用扫描电子显微镜,体内荧光成像技术和激光共聚焦技术研究了低强度脉冲超声激发的声微流以及声微流产生的剪切力增强三维水凝胶支架材料的孔隙率和通透性的作用机制。本文的工作为多功能微/纳米颗粒在非侵入式恶性肿瘤诊断和治疗的发展和完善奠定理论基础,并提出了表征方法。
【关键词】：功能性包膜造影剂 超顺磁纳米颗粒 原子力显微镜 机械特性 声学特性 超声成像 核磁共振成像 基因/药物转染 惯性空化效应 三维支架材料 孔隙率与通透性
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O426.9;R981.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-12
• 第一章 引言12-23
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.2 医学成像技术14-15
• 1.2.1 超声成像技术14-15
• 1.2.2 核磁共振成像技术15
• 1.3 超声造影剂15-19
• 1.3.1 超声造影剂分类16-17
• 1.3.2 超声造影剂的应用17-19
• 1.4 核磁共振造影剂19-20
• 1.5 多功能造影剂的发展20-21
• 1.6 本文的主要研究内容21-23
• 第二章 功能性包膜造影剂微泡的制备与物理特性表征23-36
• 2.1 实验材料、试剂及仪器23-24
• 2.1.1 实验材料及试剂23-24
• 2.1.2 实验仪器24
• 2.2 功能性包膜造影剂微泡的制备24-27
• 2.2.1 磁性纳米粒子的制备24-25
• 2.2.2 功能性包膜造影剂微泡的制备25-27
• 2.3 功能性包膜造影剂微泡的物理特性检测27-32
• 2.3.1 磁性纳米颗粒的特性表征27
• 2.3.2 功能性包膜造影剂微泡的紫外分光检测27
• 2.3.3 功能性包膜造影剂微泡的磁性特征27-28
• 2.3.4 功能性包膜造影剂微泡的TEM检测28
• 2.3.5 功能性包膜造影剂微泡的X射线能谱分析28
• 2.3.6 基于AFM的功能性包膜造影剂微泡的形貌特征28-32
• 2.4 功能性包膜造影剂微泡的物理特性检测结果与讨论32-35
• 2.4.1 磁性纳米颗粒的特性检测结果32
• 2.4.2 功能性包膜造影剂微泡包裹SPIO纳米颗粒的含量测定32-33
• 2.4.3 功能性包膜造影剂微泡的磁性特征33
• 2.4.4 功能性包膜造影剂微泡的TEM检测结果33-34
• 2.4.5 功能性包膜造影剂微泡的W射线能谱检测结果34-35
• 2.4.6 功能性包膜造影剂微泡的三维形貌特征35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 功能性包膜造影剂微泡的机械特性与声学特性36-55
• 3.1 基于AFM的功能性包膜造影剂微泡机械特性的理论研究36-38
• 3.1.1 原子力显微镜测量微泡包膜机械特性的基本原理36-38
• 3.2 功能性包膜造影剂微泡的机械特性实验研究方法38-39
• 3.2.1 实验材料与仪器38-39
• 3.2.2 实验方法39
• 3.3 功能性包膜造影剂微泡的机械特性实验结果39-41
• 3.3.1 SPIO纳米颗粒浓度对功能性包膜造影剂微泡机械特性的影响39-40
• 3.3.2 白蛋白微泡包膜造影剂的有效硬度与微泡直径的关系40
• 3.3.3 功能性包膜造影剂微泡的有效硬度与微泡直径的关系40-41
• 3.4 功能性包膜造影剂微泡的声学特性理论研究41-46
• 3.4.1 Rayleigh-Plesset(RP)方程41-42
• 3.4.2 包膜气泡的线性动力学方程42-44
• 3.4.3 包膜气泡的非线性动力学方程44-46
• 3.5 功能性包膜造影剂微泡的声学特性实验研究46-49
• 3.5.1 功能性包膜造影剂微泡的包膜厚度测量46-47
• 3.5.2 功能性包膜造影剂微泡的粒径分布与微泡浓度评估47
• 3.5.3 功能性包膜造影剂微泡的粘弹特性评估47-48
• 3.5.4 功能性包膜造影剂微泡的声衰减特性测量48-49
• 3.6 功能性包膜造影剂微泡的声学特性实验结果49-54
• 3.6.1 功能性包膜造影剂微泡的包膜厚度测量结果49-50
• 3.6.2 功能性包膜造影剂微泡的粒径分布与浓度50-51
• 3.6.3 功能性包膜造影剂微泡的弹性特性51-53
• 3.6.4 功能性包膜造影剂微泡的声衰减特性与粘性系数评估53-54
• 3.7 本章小结54-55
• 第四章 功能性包膜造影剂微泡在临床诊断与治疗中的应用55-71
• 4.1 实验材料、试剂及仪器55-56
• 4.1.1 实验材料及试剂55-56
• 4.1.2 实验仪器56
• 4.2 体外超声成像56-58
• 4.2.1 体外超声成像实验56-57
• 4.2.2 体外超声成像结果57-58
• 4.3 体外MRI成像58-60
• 4.3.1 体外MRI成像实验58
• 4.3.2 体外MRI成像结果58-60
• 4.4 超声介导基因转染的作用机理60-62
• 4.4.1 超声介导基因转染的作用机理60-62
• 4.4.2 超声空化强度测量方法62
• 4.5 功能性包膜造影剂微泡在超声激励下增强基因转染的实验研究62-65
• 4.5.1 细胞培养63
• 4.5.2 超声协助VEGF_(165)转染与超声空化探测系统63-64
• 4.5.3 惯性空化剂量检测64
• 4.5.4 绿色荧光检测64-65
• 4.5.5 采用ELISA量化评估VEGF_(165)表达65
• 4.5.6 细胞活性评估65
• 4.5.7 统计分析65
• 4.6 功能性包膜造影剂微泡在超声激励下增强基因转染的实验结果65-70
• 4.6.1 超声协助VEGF_(165)转染的绿色荧光表达评估65-66
• 4.6.2 SPIO纳米颗粒浓度对惯性空化剂量的影响66-67
• 4.6.3 SPIO纳米颗粒浓度对细胞活性的影响67-68
• 4.6.4 SPIO纳米颗粒浓度对VEGF_(165)蛋白表达的影响68-70
• 4.7 本章小结70-71
• 第五章 超声结合造影剂增强水凝胶支架材料孔隙率与通透性的机理研究71-84
• 5.1 实验材料、试剂及仪器72-73
• 5.1.1 实验材料及试剂72
• 5.1.2 实验仪器72-73
• 5.2 研究方法与步骤73-77
• 5.2.1 三维水凝胶支架的制备73
• 5.2.2 LIPUS辐照系统73-74
• 5.2.3 LIPUS协助增强支架材料孔隙率和通透性的作用机理74-75
• 5.2.4 三维水凝胶支架的孔隙率评估75-76
• 5.2.5 三维水凝胶支架的通透性评估76
• 5.2.6 三维水凝胶支架中HeLa细胞的绿色荧光观察76-77
• 5.2.7 统计分析77
• 5.3 研究结果77-83
• 5.3.1 三维水凝胶支架的孔隙率评估77-78
• 5.3.2 三维水凝胶支架的通透性评估78-81
• 5.3.3 三维水凝胶支架中HeLa细胞的绿色荧光观察81-83
• 5.4 本章小结83-84
• 第六章 总结与展望84-86
• 参考文献86-99
• 博士阶段发表论文99-100
• 致谢100-101

【参考文献】

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  本文关键词：功能性包膜造影剂微泡的定征、动力学响应和应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：253334