高效上转换纳米复合物的深度光声/荧光/磁共振多模态活体成像研究

作     者：刘玉 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：聂立铭

授予年度：2017年

学科分类：1002[医学-临床医学] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 100214[医学-肿瘤学] 10[医学] 0702[理学-物理学] 

主      题：高效上转换发光 光声成像 深度成像 多壳结构 

摘      要：肿瘤区域血管生成是肿瘤发生发展的重要进程。光声成像(PAI)特别适合用于观察肿瘤的血管。然而光声成像由于选用能量比较温和的激光器作为光源,故其成像范围相对较小。而在宏观层面上,荧光成像可以呈现小鼠全身的器官及肿瘤的解剖位置。然而荧光成像通常由于光的散射而导致空间分辨率较低,从而很难精确定位。虽然磁共振成像在影像诊断领域应用广泛,但是它需要精密昂贵的仪器并且数据采集非常耗时。因此结合光声、荧光和磁共振多种成像技术,能够更精准的获得更多疾病相关信息。镧系元素掺杂的上转换纳米粒子(UCNPs),能把吸收的近红外区域的(NIR)光转换成多波长的可见光发射,具有以下几个优点:组织穿透深度深、无自体荧光背景、低毒性。值得注意的是,UCNPs通过掺杂镧系元素,已被广泛应用于多模态成像及检测。UCNPs可以进行全身的荧光成像并拥有较高的对比度。但是UCNPs量子产率(QY)较低,其有限的光吸收能力导致其光声转换效率低。此外,尽管980 nm激发的上转换纳米颗粒较为普遍地用于生物医学领域。但是因为生物组织富含水分,而水分子对980 nm的光吸收较高,其吸收系数比在800nm波长处要高一个数量级,水分子吸收的光能转化成热能,当用980 nm激发时局部组织会产生很强的过热效应,从而导致局部组织的热损伤,同时也降低了近红外光的组织穿透深度。这些问题限制了上转换发光材料在生物医学领域中的应用。因此我们引入偶联吲哚菁绿(ICG)的Gd3+掺杂的800 nm激光激发的多壳UCNPs,进行上转换发光(UCL)、光声和磁共振(MR)三模态成像。值得注意的是,在800 nm光激发下,多壳结构的UCNPs发光效率明显增强,是980 nm激发的10倍。此外,此荧光探针的光学穿透深度达到25毫米,其热效应几乎可以忽略不计。运用光声技术可以对肿瘤区域的血管进行成像,同时拥有较高的空间分辨率。磁共振成像,作为一个独立的成像模式,可以提供全身的器官及肿瘤的解剖位置。此独特的纳米复合材料拥有优秀的三模态成像能力,并且可在更深层面观察肿瘤形态、微血管分布以及探针的代谢情况。