肿瘤细胞纳米级靶向三维热成像方法研究

作     者：凌正 

作者单位：西安交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨军

授予年度：2021年

学科分类：1001[医学-基础医学(可授医学、理学学位)] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 10[医学] 

主      题：肿瘤细胞 功能化量子点 微纳测温 三维热成像 

摘      要：肿瘤细胞温度测量技术可应用于其靶向药物治疗、热疗等研究领域,其对于肿瘤细胞病变机理及治疗方法的研究具有重要意义。然而,传统的微纳测温方法,或是具有明显的侵入性,对细胞生理活性具有较大影响;或是仅能测量细胞平面温度,温度信息存在重叠的缺点。本论文分析了现有的微纳测温方法及其局限性,针对现有量子点探针无法精确测温的不足,结合双螺旋点扩散函数(DH-PSF)提出了一种基于功能化量子点温度探针的肿瘤细胞三维靶向热成像方法。面向量子点探针的靶向精确测温需求,基于共价连接方法,分析了偶联剂浓度对功能化量子点荧光强度的影响,提出了一种功能化量子点优化制备方法,制备了更适用于肿瘤细胞的功能化量子点荧光测温探针,该探针的相对荧光强度能达到90%以上,且可快速定向标记于肿瘤细胞表面;并研究了探针的光热特性,表明其具有线性的光热特性以及优异的光热稳定性,验证了其应用于生物细胞测温的可行性。针对荧光探针的微纳三维定位问题,基于双螺旋点扩散函数理论,建立离焦双螺旋光学成像模型,依据应用条件完成模型关键参数设计,分析了基于该模型的理论光场分布,表明物点离焦距离与像面双光斑旋转角度呈反正切函数关系;利用数值分析软件对模型进行了光学仿真,通过迭代算法实现了对相位调制函数的优化,使平均主光斑效率提升了11.34%,并借助实验光路验证了优化后的成像效果。为验证理论研究可行性,利用光电元器件设计并搭建了纳米级量子三维热成像系统,将量子点细胞测温与纳米级空间定位功能有机结合于一体;借助所搭建系统进行肿瘤细胞三维热成像实验,实现了肿瘤细胞表面局部空间温度分布及热量流向的测量,获得肿瘤细胞表面局部平均温度约为33.01℃;本文为靶向测量细胞内部各细胞器的局部及全局温度场分布提供了新的思路。