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CN112326602B - 一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法及其应用 - Google Patents

一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法及其应用 Download PDF

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Abstract

一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法及其应用。本发明属于医学领域。本发明的目的是为了解决现有基于光学技术的肿瘤诊断与过程治疗中采用的对比剂不通用的技术问题。本发明的方法:一、选取不同尺寸的金属纳米材料，对比吸收曲线和散射曲线，观察是否满足其中一种在第一光学窗口内的散射曲线截面＞吸收曲线截面，同时另一种在第二光学窗口内的散射曲线截面＜吸收曲线截面或与上述条件相反的结果，若满足则执行步骤二，若不满足则重复步骤一；二、计算杂质的吸收散射特性谱图，观察是否满足与金属纳米材料相同的条件，若满足，则完成筛选，得到纳米复合物，若不满足，则重复步骤一。

Description

一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物 的筛选方法及其应用
技术领域
本发明属于医学领域，具体涉及一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法及其应用。
背景技术
近年来光学成像引导的肿瘤光热治疗方法作为一种肿瘤替代疗法受到了越来越多的关注。这项技术主要是利用特异性靶向纳米颗粒或其他诊疗剂在肿瘤区域聚集，从而更大效率地将光能转化为热能，提高肿瘤区域温度，杀死癌细胞，同时提供较强的光或声信号用于提高成像过程中肿瘤区域的对比度。这对于提高治疗效果和准确度具有重要意义。因此，如何设计和开发肿瘤诊疗剂是目前肿瘤光热诊疗过程的重点。
对于纳米诊疗剂来说，在肿瘤热疗过程中需要具有较高的光热转换能力来提高其靶向热效应，而在诊断过程中（如光学成像）则需要其实现较高的光学散射能力以作为造影剂来提高特定区域的成像对比度与高分辨率。然而，目前对于诊疗过程中诊疗剂的研究主要集中在复杂形状和材料的纳米颗粒方面，如何开发简单有效的肿瘤光热诊疗剂仍然面临挑战。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有基于光学技术的肿瘤诊断与过程治疗中采用的对比剂不通用的技术问题，而提供一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法及其应用。
本发明的一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法按以下步骤进行：
步骤一、任意选取两种不同尺寸的金属纳米材料，所选的两种金属纳米材料的形态不能相同，计算所选金属纳米材料的吸收散射特性谱图，各自对比两种金属纳米材料所对应的吸收散射特性谱图中的吸收曲线和散射曲线，观察这两种金属纳米材料的吸收曲线和散射曲线是否满足如下两个条件之一：
（1）：其中一种金属纳米材料在第一光学窗口内的散射曲线截面＞吸收曲线截面，同时另一种金属纳米材料在第二光学窗口内的散射曲线截面＜吸收曲线截面；
（2）：其中一种金属纳米材料在第一光学窗口内的散射曲线截面＜吸收曲线截面，同时另一种金属纳米材料在第二光学窗口内的散射曲线截面＞吸收曲线截面；
若满足，则执行步骤二，若不满足，则重复步骤一，重新选取材料进行验证直至满足上述条件；
步骤二、在步骤一的基础上，计算步骤一中选取的两种金属纳米材料中杂质的吸收散射特性谱图，观察杂质的吸收曲线和散射曲线是否满足与步骤一所选金属纳米材料相同的条件，若满足，则完成筛选，得到可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物，若不满足，则重复步骤一。
进一步限定，步骤一中通过DDA软件在700nm~1400nm波长下计算所选金属纳米材料的吸收散射特性谱图。
进一步限定，步骤一中所述金属纳米材料的尺寸半径为20nm~100nm。
进一步限定，步骤一中所述金属纳米材料的形态为金属纳米球颗粒、金属纳米球颗粒的二聚体、金属纳米球颗粒的三聚体或金属纳米球颗粒的四聚体。
进一步限定，步骤一中所述金属纳米材料为金，银或者铂。
进一步限定，步骤一中所述第一光学窗口的波长区间为750nm~900nm。
进一步限定，步骤一中所述第二光学窗口的波长区间为1000nm~1400nm。
进一步限定，步骤二中所述杂质是指步骤一中选取的金属纳米材料中与所选形态不同的组分。
进一步限定，步骤二中通过DDA软件在700nm~1400nm波长下计算杂质的吸收散射特性谱图。
本发明采用上述筛选方法筛选得到的纳米复合物作为肿瘤光学诊断与光热治疗的诊疗剂应用。
进一步限定，所述诊疗剂的制备方法按现有方法制备，具体步骤如下：
（1）通过种子生长法将筛选出的金属纳米球颗粒制备得到所需粒径的单粒径纳米颗粒溶液；
（2）通过种子生长法将筛选出的金属纳米球颗粒的多聚体制备得到单粒径纳米颗粒溶液，然后加入特定长度的单链和双链DNA，得到所需粒径的纳米颗粒多聚体溶液；
（3）将步骤（1）得到的单粒径纳米颗粒溶液和步骤（2）得到的纳米颗粒多聚体溶液混合，得到诊疗剂。
进一步限定，所述采用种子生长法的过程是先通过强还原剂产生种子颗粒，随后在弱还原剂作用下生成单粒径纳米颗粒溶液。
进一步限定，在诊断时，成像时采用的激光波长为散射截面＞吸收截面的波长区间，在治疗时，采用的激光波长为吸收截面＞散射截面的波长区间。
本发明与现有技术相比具有的优点：
1）本发明利用单个纳米颗粒和纳米颗粒团聚体的光谱吸收和散射特性的不同，将纳米颗粒团聚体与单个纳米颗粒溶液混合，作为新型高效的纳米复合物诊疗剂。该诊疗剂可在第一光学窗口内（NIR-I，750 nm至900 nm）实现强散射，弱吸收的特性，从而在肿瘤光学成像或诊断过程作为光学对比剂。而在第二光学窗口内（NIR-II，1000 nm至1400 nm）实现强吸收，弱散射的特性，从而作为肿瘤光热治疗过程中的热对比剂提高肿瘤区域的温度。在此基础上，排除纳米复合物诊疗剂中所含杂质的影响，最后得到由两种不同粒径不同团聚形态的纳米颗粒混合物组成的纳米复合物诊疗剂。
2）本发明可应用于光学成像引导的肿瘤光热治疗过程中，可同时提高成像的清晰度和肿瘤靶向区域温度，通过采用两个不同光学窗口内的波长分别作为成像和治疗的激光波长，解决了对光学成像所需造影剂和光热治疗所需热对比剂光学特性要求存在冲突的问题。
附图说明
图1为具体实施方式一中半径为80 nm的Au纳米球颗粒以及半径为30 nm的Au纳米球颗粒的二聚体的吸收散射光谱图；
图2 为单个Au纳米球颗粒、半径为30 nm的Au纳米球颗粒的二聚体、三聚体和四聚体的吸收散射光谱图；
图3为半径为80 nm的Au纳米球颗粒的二聚体的吸收散射光谱图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法按以下步骤进行：
步骤一、选取半径为80 nm的Au纳米球颗粒和半径为30 nm的Au纳米球颗粒的二聚体，通过DDA软件在700nm~1400nm波长下计算它们的吸收散射特性谱图（参见图1），各自对比半径为80 nm的Au纳米球颗粒的吸收曲线和散射曲线以及半径为30 nm的Au纳米球颗粒的二聚体的吸收曲线和散射曲线，观察这两种金属纳米材料的吸收曲线和散射曲线是否满足如下两个条件之一：
（1）：其中一种金属纳米材料在第一光学窗口内的散射曲线截面＞吸收曲线截面，同时另一种金属纳米材料在第二光学窗口内的散射曲线截面＜吸收曲线截面；
（2）：其中一种金属纳米材料在第一光学窗口内的散射曲线截面＜吸收曲线截面，同时另一种金属纳米材料在第二光学窗口内的散射曲线截面＞吸收曲线截面；
经观察发现满足条件（1），执行步骤二；
步骤二、在步骤一的基础上，通过DDA软件在700nm~1400nm波长下计算步骤一中选取的两种金属纳米材料中杂质（半径为30 nm的纳米球颗粒、半径为30 nm的纳米球颗粒的三聚体，四聚体、半径为80 nm的纳米球颗粒的二聚体）的吸收散射特性谱图（参见图2-3），观察杂质的吸收曲线和散射曲线是否满足与步骤一所选金属纳米材料相同的条件，经观察发现，满足条件（1），完成筛选，得到可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物。
具体实施方式二：利用具体实施方式一筛选得到的可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物制备诊疗剂的方法如下：
（1）通过种子生长法将具体实施方式一筛选出的Au纳米球颗粒制备得到粒径为80nm的单粒径纳米颗粒溶液；所述采用种子生长法的过程是先通过强还原剂产生种子颗粒，随后在弱还原剂作用下生成单粒径纳米颗粒溶液；
（2）通过种子生长法将具体实施方式一筛选出的Au纳米球颗粒的二聚体制备得到单粒径纳米颗粒溶液，然后加入特定长度的单链和双链DNA，得到粒径为30nm的纳米颗粒二聚体溶液；所述采用种子生长法的过程是先通过强还原剂产生种子颗粒，随后在弱还原剂作用下生成单粒径纳米颗粒溶液；
（3）将步骤（1）得到的单粒径纳米颗粒溶液和步骤（2）得到的纳米颗粒多聚体溶液混合，得到诊疗剂。
应用本实施方式的诊疗剂，在诊断时，成像所需激光采用散射截面＞吸收截面的波长区间，在治疗时，所需激光采用吸收截面＞散射截面的波长区间。

Claims (7)

1.一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法，其特征在于，该筛选方法按以下步骤进行：
步骤一、任意选取两种不同尺寸的金属纳米材料，所选的两种金属纳米材料的形态不能相同，计算所选金属纳米材料的吸收散射特性谱图，各自对比两种金属纳米材料所对应的吸收散射特性谱图中的吸收曲线和散射曲线，观察这两种金属纳米材料的吸收曲线和散射曲线是否同时满足如下两个条件之一：
(1)：其中一种金属纳米材料在第一光学窗口内的散射曲线截面＞吸收曲线截面，同时另一种金属纳米材料在第二光学窗口内的散射曲线截面＜吸收曲线截面；
(2)：其中一种金属纳米材料在第一光学窗口内的散射曲线截面＜吸收曲线截面，同时另一种金属纳米材料在第二光学窗口内的散射曲线截面＞吸收曲线截面；
若满足，则执行步骤二，若不满足，则重复步骤一，重新选取材料进行验证直至满足上述条件；
步骤二、在步骤一的基础上，计算步骤一中选取的两种金属纳米材料中杂质的吸收散射特性谱图，观察杂质的吸收曲线和散射曲线是否满足与步骤一所选金属纳米材料相同的条件，若满足，则完成筛选，得到可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物，若不满足，则重复步骤一。
2.根据权利要求1所述的一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法，其特征在于，步骤一中通过DDA软件在700nm～1400nm波长下计算所选金属纳米材料的吸收散射特性谱图。
3.根据权利要求1所述的一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法，其特征在于，步骤一中所述金属纳米材料的尺寸半径为20nm～100nm。
4.根据权利要求1所述的一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法，其特征在于，步骤一中所述金属纳米材料的形态为金属纳米球颗粒、金属纳米球颗粒的二聚体、金属纳米球颗粒的三聚体或金属纳米球颗粒的四聚体。
5.根据权利要求4所述的一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法，其特征在于，所述金属纳米材料为金，银或者铂。
6.根据权利要求1所述的一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法，其特征在于，步骤一中所述第一光学窗口的波长区间为750nm～900nm，步骤一中所述第二光学窗口的波长区间为1000nm～1400nm。
7.根据权利要求1所述的一种可实现肿瘤光学诊断与光热治疗双重功能的纳米复合物的筛选方法，其特征在于，步骤二中通过DDA软件在700nm～1400nm波长下计算杂质的吸收散射特性谱图。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20050250094A1 (en) * 2003-05-30 2005-11-10 Nanosphere, Inc. Method for detecting analytes based on evanescent illumination and scatter-based detection of nanoparticle probe complexes
US20080268548A1 (en) * 2006-04-03 2008-10-30 Nano Chocolate Lab, Inc. Enhancing Raman spectrographic sensitivity by using solvent extraction of vapor or particulate trace materials, improved surface scatter from nano-structures on nano-particles, and volumetric integration of the Raman scatter from the nano-particles' surfaces
CA3041059C (en) * 2016-10-21 2023-09-26 The United States Of America, As Represented By The Secretary, Department Of Health And Human Services Molecular nanotags
CN109092378B (zh) * 2018-07-13 2020-10-02 哈尔滨工业大学 一种基于等离激元纳米结构的微流控芯片流量光控制方法
CN108771760B (zh) * 2018-08-07 2023-11-07 苏州大学 具有近红外光热效应和多模态成像功能的硫化铂蛋白纳米粒及其制备方法和应用
CN110302177B (zh) * 2019-07-05 2022-01-25 南京邮电大学 线粒体靶向光诊疗纳米颗粒及应用

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