光热治疗用稀土荧光测温材料的设计及性能优化
发布时间：2021-07-31 07:20
光热治疗（Photo-thermal therapy,PTT）是指通过光热治疗剂（Photo-thermal therapy agent,PTA）有效地将近红外（Near infrared,NIR）光子能量转换为大量的热量,适当的高温可破坏肿瘤组织中的癌细胞膜和蛋白质,从而诱导癌细胞不可逆的损伤,以达到对病灶区肿瘤细胞有效的热消融及光学微创治疗。光热治疗作为一种基于光学纳米粒子微创治疗癌症的方法得到了研究者们的极大关注,与传统的手术、化学和放射疗法相比,光热治疗具有较短治疗时间和较小副作用等优点。光热治疗过程中,治疗效果取决于光热治疗剂在近红外光照射下产生的热量,过高的热量或热量不足都将影响其治疗效果。因此,光热治疗过程中实现实时温度探测是至关重要的,对病灶区域的温度探测不但可以有效地正面干预光热治疗过程中热量不足或温度过高引起的治疗效果降低,而且实时的温度反馈可以提高光热治疗的安全性及高效性。因为传统的温度计（如:水银温度计、热电偶温度计和热像仪等）受到生物组织病灶区域内部环境的限制,无法准确无创地测量其内部温度,所以实现非接触式且具有较高精确度的温度探测是必不可少的。稀土发光材料作...
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同热处理造成不同结果的示意图
第一章绪论5非常有前途的荧光纳米探针，从体外和体内的荧光成像到细胞内的温度传感，其在现代生物传感中具有广泛的应用。图1.2Nd3+辐射跃迁过程和非辐射跃迁过程的示意图。1.2.2.4有机光热治疗剂由于上述无机光热剂不可降解导致其可能长时间滞留在体内，使其无法在实际临床治疗中进一步应用。因此有机光热治疗剂逐渐走进了研究者们的视野，有机光热治疗剂主要包含近红外染料和高分子聚合。由于其生物可降解、较强的近红外吸收特性及表面修饰性，部分有机光热治疗剂已在纳米医学中成功运用[83-86]。尽管对有机光热治疗剂的研究仍处于起步阶段，但这些工作激发了研究者们对具有改进性能的新型有机光热治疗剂的研究。小分子有机光热治疗剂的常见例子包括卟啉，酞菁、吲哚菁绿(ICG)和IR780等[87-90]。与无机光热剂相比，有机光热剂通常更容易从生物体中代谢出来，这对于在生物体内潜在的长期毒性和临床应用潜力方面具有较大的优势[91]。例如，ICG已被美国食品和药物管理局(USFoodandDrugAdministration,FDA)批准为NIR成像剂，同时它同样具备良好的光热转换效率。为了克服ICG的某些缺点(低代谢率以及体内循环不佳)，一种非常有趣的方法是由BahmaniB等人[92]提出的，他们通过全水合成路线将ICG封装在涂有抗体的120nm结构中，成功地通过在808nm激发下用于细胞靶向和癌细胞的光热治疗。然而许多有机光热剂因为其生物相容性低、光稳定性差和脱靶效应等缺点的限制很难在生物体内得到应用[93-96]。在最近开发的光热剂中，IR780是一种吸收NIR光的亲脂性近红外有机染料并表现出优异的光热
西北大学博士学位论文6效应，与临床上使用的ICG相比，IR780具有更高的稳定性[97]。IR780不需要任何额外的肿瘤细胞化学结合方式就可以在生物体内较大范围内积累以达到靶向治疗肿瘤的作用。2016年K.Wang等人[98]成功开发了基于口服Tf-IR780的新型光热治疗系统，吸收谱表明IR780具有800nm的窄带吸收特性，样品在激光照射(808nm，1W/cm2)5分钟后温度快速升高到56°C，表明其具有高效的光热治疗效果，如图1.3所示。然而像前文中所提及的，实现病灶区域的热量控制及反馈对于光热治疗来说是至关重要的，对光热治疗剂产生的热量进行有效的监测对于生物体应用层面来说具有更为实际的意义。图1.3(a)IR780和IR780@NLCs的吸收光谱；(b)808nm激光的激发下样品随时间的温度变化曲线。[98]1.2.3光热治疗的研究现状及发展趋势光热治疗在癌症治疗中的应用及效果是在19世纪首次观察到的，研究者们那时观察到向癌症患者施用活细菌可能导致部分肿瘤消退的现象，仅当细菌在患者中引起感染从而导致发烧时才观察到这种积极作用[99,100]。几乎与这项开创性工作的同时，人们使用循环热水治疗法成功地治疗了宫颈癌。但是当时的加热方法和温度测量技术还不够先进，因此降低了这种处理方法的成功率和可重复性。结果导致光热疗法的临床应用并未完成。在90年代，当不同的研究机构开始致力于新型光热疗法的发展时，研究者们重新对光热治疗产生了极大的兴趣。在最近的几十年中，一些科学研究报告的发表证明了通过使用光热治疗在癌症治疗结果方面具有显着的改善。在过去的几年中，研究者们不仅在控制和局部加热的新技术的开发上付出了巨大的努力，而且在基于温度诱导的细胞杀伤和修饰的基础上对机理的解释上也做出了巨大的贡献[101]。尽管已发表了大量有关这些结果的研究报告，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]可控合成空心多孔氧化硅纳米管/CuS体系应用于化疗-光热靶向治疗（英文）[J]. 黄珊珊,马平安,韦祎,程子泳,刘蓓,邓晓然,谢忠曦,邢本刚,林君. Science China Materials. 2020(05)
[2]808 nm laser triggered self-monitored photo-thermal therapeutic nano-system Y2O3: Nd3+/Yb3+/Er3+@SiO2@Cu2S[J]. ZHIYU ZHANG,HAO SUO,XIAOQI ZHAO,CHONGFENG GUO. Photonics Research. 2020(01)
[3]稀土与光——纪念2015年为国际光年[J]. 苏锵. 中国稀土学报. 2015(04)
本文编号：3313031
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同热处理造成不同结果的示意图
第一章绪论5非常有前途的荧光纳米探针，从体外和体内的荧光成像到细胞内的温度传感，其在现代生物传感中具有广泛的应用。图1.2Nd3+辐射跃迁过程和非辐射跃迁过程的示意图。1.2.2.4有机光热治疗剂由于上述无机光热剂不可降解导致其可能长时间滞留在体内，使其无法在实际临床治疗中进一步应用。因此有机光热治疗剂逐渐走进了研究者们的视野，有机光热治疗剂主要包含近红外染料和高分子聚合。由于其生物可降解、较强的近红外吸收特性及表面修饰性，部分有机光热治疗剂已在纳米医学中成功运用[83-86]。尽管对有机光热治疗剂的研究仍处于起步阶段，但这些工作激发了研究者们对具有改进性能的新型有机光热治疗剂的研究。小分子有机光热治疗剂的常见例子包括卟啉，酞菁、吲哚菁绿(ICG)和IR780等[87-90]。与无机光热剂相比，有机光热剂通常更容易从生物体中代谢出来，这对于在生物体内潜在的长期毒性和临床应用潜力方面具有较大的优势[91]。例如，ICG已被美国食品和药物管理局(USFoodandDrugAdministration,FDA)批准为NIR成像剂，同时它同样具备良好的光热转换效率。为了克服ICG的某些缺点(低代谢率以及体内循环不佳)，一种非常有趣的方法是由BahmaniB等人[92]提出的，他们通过全水合成路线将ICG封装在涂有抗体的120nm结构中，成功地通过在808nm激发下用于细胞靶向和癌细胞的光热治疗。然而许多有机光热剂因为其生物相容性低、光稳定性差和脱靶效应等缺点的限制很难在生物体内得到应用[93-96]。在最近开发的光热剂中，IR780是一种吸收NIR光的亲脂性近红外有机染料并表现出优异的光热
西北大学博士学位论文6效应，与临床上使用的ICG相比，IR780具有更高的稳定性[97]。IR780不需要任何额外的肿瘤细胞化学结合方式就可以在生物体内较大范围内积累以达到靶向治疗肿瘤的作用。2016年K.Wang等人[98]成功开发了基于口服Tf-IR780的新型光热治疗系统，吸收谱表明IR780具有800nm的窄带吸收特性，样品在激光照射(808nm，1W/cm2)5分钟后温度快速升高到56°C，表明其具有高效的光热治疗效果，如图1.3所示。然而像前文中所提及的，实现病灶区域的热量控制及反馈对于光热治疗来说是至关重要的，对光热治疗剂产生的热量进行有效的监测对于生物体应用层面来说具有更为实际的意义。图1.3(a)IR780和IR780@NLCs的吸收光谱；(b)808nm激光的激发下样品随时间的温度变化曲线。[98]1.2.3光热治疗的研究现状及发展趋势光热治疗在癌症治疗中的应用及效果是在19世纪首次观察到的，研究者们那时观察到向癌症患者施用活细菌可能导致部分肿瘤消退的现象，仅当细菌在患者中引起感染从而导致发烧时才观察到这种积极作用[99,100]。几乎与这项开创性工作的同时，人们使用循环热水治疗法成功地治疗了宫颈癌。但是当时的加热方法和温度测量技术还不够先进，因此降低了这种处理方法的成功率和可重复性。结果导致光热疗法的临床应用并未完成。在90年代，当不同的研究机构开始致力于新型光热疗法的发展时，研究者们重新对光热治疗产生了极大的兴趣。在最近的几十年中，一些科学研究报告的发表证明了通过使用光热治疗在癌症治疗结果方面具有显着的改善。在过去的几年中，研究者们不仅在控制和局部加热的新技术的开发上付出了巨大的努力，而且在基于温度诱导的细胞杀伤和修饰的基础上对机理的解释上也做出了巨大的贡献[101]。尽管已发表了大量有关这些结果的研究报告，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]可控合成空心多孔氧化硅纳米管/CuS体系应用于化疗-光热靶向治疗（英文）[J]. 黄珊珊,马平安,韦祎,程子泳,刘蓓,邓晓然,谢忠曦,邢本刚,林君. Science China Materials. 2020(05)
[2]808 nm laser triggered self-monitored photo-thermal therapeutic nano-system Y2O3: Nd3+/Yb3+/Er3+@SiO2@Cu2S[J]. ZHIYU ZHANG,HAO SUO,XIAOQI ZHAO,CHONGFENG GUO. Photonics Research. 2020(01)
[3]稀土与光——纪念2015年为国际光年[J]. 苏锵. 中国稀土学报. 2015(04)
本文编号：3313031
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