医药磁性纳米材料的构建、生物效应及诊疗应用基础

成果基本信息
关键词：	磁性纳米材料;制备;电磁组装;类酶效应;诊疗应用
成果类别：		技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：	360-17-10920775	资源采集日期：	2018-03-05

研究情况
单位名称：	东南大学	技术水平：
评价证书号：	国科发基[2016]328号	评价单位：	科技部
评价日期：	2016.10.26	评价证书号：	国科发基[2016]328号

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	0

联系方式
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成果简介
磁性纳米材料因其丰富的磁学特性和良好的生物相容性，在生物传感与检测、磁共振成像以及磁感应肿瘤热疗等生物医学领域有广泛的应用前景。如何构建生物医用磁性纳米材料，解决其控制制备的关键科学问题和建立相关标准，发现磁性纳米材料新的生物效应，并解决其在生物医学应用中核心科学问题，是实现临床实际应用的挑战和破球需求。本项目经过多年研究取得了如下创新成果：　　1、磁性纳米材料的制备、标准研制及电磁控制组装　　系统研究了磁性纳米颗粒（Fe3O4与 -Fe2O3）的制备方法及机理，实现了结构、尺寸和形貌控制制备，结果发表在Coll. Surf. A、J. Mag. Mag. Mater.、Chem. Mater.等专业期刊上，被SCI他引270余次。研制出10L纳米 -Fe2O3弛豫率国家标准物质（GBW（E）130387），教育部组织的科技成果鉴定认为该标准物质填补了国内外空白，对磁共振成像造影剂研制、生产及临床应用具有重要意义。提出了一种基于交变磁场下磁性纳米颗粒间弛豫率差异导致的组装新机制，制备得到具有各向异性磁热效应的水凝胶，拓展了磁性纳米材料在临床的应用。结果发表在Angew. Chem. Int. Ed.、ChemPhysChem、Adv. Mater.等专业期刊上，被同行认为“交变磁场组装磁性纳米颗粒是过去十几年来除了静磁场控制组装以外首次提出的新的组装方式和机制”、“首次制备出了具有各向异性磁热效应的磁性水凝胶”，“在未来的临床热疗中具有重要应用前景”。　　2、磁性纳米材料的类酶效应的发现及生物检测应用　　相对于天然酶（如HRP），纳米颗粒模拟酶具有突出的优势和广阔的应用前景。我们发现氧化铁纳米颗粒具有pH依赖双模拟酶活性，揭示了其酸性条件下类过氧化物酶的Fenton反应机制及中性（碱性）条件下类过氧化氢酶活性。研究成果发表在ACS Nano并被ACS期刊Chemical Research in Toxicology作为Spotlight进行了报道，国家纳米科学中心Wu Xiaochun课题组发表文章中指出：“该文中提出的氧化铁纳米颗粒具有pH依赖的双酶活性，对此后其他纳米颗粒类酶活性与pH的关系具有启发意义”。进一步通过纳米氧化铁颗粒表面修饰了普鲁士蓝壳层，极大地提高了其类酶活性，研究结果被载入普通高等学校规划教材《酶工程》第三版中。还发展了具有自主知识产权的利用纳米颗粒模拟酶进行生物检测的方法，实现了肿瘤EGFR、VEGF、CD20、Her2等标志物的检测。　　3、新型功能磁性纳米材料的构建及诊疗应用关键技术　　个体化诊疗是未来医学发展的趋势。基于磁性纳米颗粒的多功能性并联合荧光、超声等手段建立多功能、多模态诊疗一体化纳米平台，可为个体化医学提供了强有力的手段。系统研究了复合荧光分子的靶向磁性纳米平台的构建，实现了荧光/磁共振/热成像多模影像指导的肿瘤磁感应热疗，研究工作在Biomaterials发表后被International Journal of Pharmaceutics杂志综述文章大篇幅介绍。系统研究了复合磁性纳米颗粒的超声微气泡的构建及磁学、声学特性，实现了超声/磁共振双模态协同增强成像，并且通过超声微气泡实现了磁性纳米颗粒无损、高效传输进入活细胞的目的。德国RWTH University实验分子影像系主任Fabian Kiessling教授发表的综述文章中多次引用我们的实验结果，认为这种携带纳米颗粒的微气泡优良的非线性声学性能能够促进微气泡的超声显影增强诊断，并提高了磁共振成像的效果，这一令人兴奋的结果在将来疾病的双模态诊断中将极具潜力。日本Takashi Kondo教授在其综述文章认为我们对超声空化作用细胞过程中的钙调节响应给出了较清晰、全面的实验验证，为进一步认知超声效应对细胞早期和分子传输的应用做出了贡献。

成果名称：	医药磁性纳米材料的构建、生物效应及诊疗应用基础	关键词：	磁性纳米材料;制备;电磁组装;类酶效应;诊疗应用
成果类别：		一级分类名称：	医学生物工程
二级分类名称：		三级分类名称：
研究起止时间：	2004.01 至2015.04	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：		技术水平：
研究形式：		学科分类1：
单位名称：	东南大学	学科分类2：
中图分类号1：		所属高新技术类别：
中图分类号2：		课题来源：
应用行业：		课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：	2011CB933500
经费实际投入额（万元）：	2000.00	评价单位：	科技部
评价形式：	无	应用状态：	无
评价日期：	2016.10.26	转让范围：
评价证书号：	国科发基[2016]328号	推荐单位：	东南大学
推广形式：	无	成果登记号：	360-17-10920775
成果简介：	磁性纳米材料因其丰富的磁学特性和良好的生物相容性，在生物传感与检测、磁共振成像以及磁感应肿瘤热疗等生物医学领域有广泛的应用前景。如何构建生物医用磁性纳米材料，解决其控制制备的关键科学问题和建立相关标准，发现磁性纳米材料新的生物效应，并解决其在生物医学应用中核心科学问题，是实现临床实际应用的挑战和破球需求。本项目经过多年研究取得了如下创新成果：　　1、磁性纳米材料的制备、标准研制及电磁控制组装　　系统研究了磁性纳米颗粒（Fe3O4与 -Fe2O3）的制备方法及机理，实现了结构、尺寸和形貌控制制备，结果发表在Coll. Surf. A、J. Mag. Mag. Mater.、Chem. Mater.等专业期刊上，被SCI他引270余次。研制出10L纳米 -Fe2O3弛豫率国家标准物质（GBW（E）130387），教育部组织的科技成果鉴定认为该标准物质填补了国内外空白，对磁共振成像造影剂研制、生产及临床应用具有重要意义。提出了一种基于交变磁场下磁性纳米颗粒间弛豫率差异导致的组装新机制，制备得到具有各向异性磁热效应的水凝胶，拓展了磁性纳米材料在临床的应用。结果发表在Angew. Chem. Int. Ed.、ChemPhysChem、Adv. Mater.等专业期刊上，被同行认为“交变磁场组装磁性纳米颗粒是过去十几年来除了静磁场控制组装以外首次提出的新的组装方式和机制”、“首次制备出了具有各向异性磁热效应的磁性水凝胶”，“在未来的临床热疗中具有重要应用前景”。　　2、磁性纳米材料的类酶效应的发现及生物检测应用　　相对于天然酶（如HRP），纳米颗粒模拟酶具有突出的优势和广阔的应用前景。我们发现氧化铁纳米颗粒具有pH依赖双模拟酶活性，揭示了其酸性条件下类过氧化物酶的Fenton反应机制及中性（碱性）条件下类过氧化氢酶活性。研究成果发表在ACS Nano并被ACS期刊Chemical Research in Toxicology作为Spotlight进行了报道，国家纳米科学中心Wu Xiaochun课题组发表文章中指出：“该文中提出的氧化铁纳米颗粒具有pH依赖的双酶活性，对此后其他纳米颗粒类酶活性与pH的关系具有启发意义”。进一步通过纳米氧化铁颗粒表面修饰了普鲁士蓝壳层，极大地提高了其类酶活性，研究结果被载入普通高等学校规划教材《酶工程》第三版中。还发展了具有自主知识产权的利用纳米颗粒模拟酶进行生物检测的方法，实现了肿瘤EGFR、VEGF、CD20、Her2等标志物的检测。　　3、新型功能磁性纳米材料的构建及诊疗应用关键技术　　个体化诊疗是未来医学发展的趋势。基于磁性纳米颗粒的多功能性并联合荧光、超声等手段建立多功能、多模态诊疗一体化纳米平台，可为个体化医学提供了强有力的手段。系统研究了复合荧光分子的靶向磁性纳米平台的构建，实现了荧光/磁共振/热成像多模影像指导的肿瘤磁感应热疗，研究工作在Biomaterials发表后被International Journal of Pharmaceutics杂志综述文章大篇幅介绍。系统研究了复合磁性纳米颗粒的超声微气泡的构建及磁学、声学特性，实现了超声/磁共振双模态协同增强成像，并且通过超声微气泡实现了磁性纳米颗粒无损、高效传输进入活细胞的目的。德国RWTH University实验分子影像系主任Fabian Kiessling教授发表的综述文章中多次引用我们的实验结果，认为这种携带纳米颗粒的微气泡优良的非线性声学性能能够促进微气泡的超声显影增强诊断，并提高了磁共振成像的效果，这一令人兴奋的结果在将来疾病的双模态诊断中将极具潜力。日本Takashi Kondo教授在其综述文章认为我们对超声空化作用细胞过程中的钙调节响应给出了较清晰、全面的实验验证，为进一步认知超声效应对细胞早期和分子传输的应用做出了贡献。
联系人：	朱婷	成果登记日期：	2017-05-02
联系人email：		单位代码：	93200005
邮政编码222：	210096	联系人电话：	025-83793955
单位传真：	025-83792076	单位通讯地址：	江苏省南京市玄武区市四牌楼2号
单位所在省市：		单位电话：	025-83792319
转让收入（万元）：	0	单位属性：
合作完成单位：	中国医学科学院基础医学研究所	已转让企业数（个）：	0
成果发布年份：	2017	知识产权形式：
成果完成人：	顾宁;张宇;杨芳;许海燕;孙剑飞;孟洁;葛玉卿;谢俊;胡克	资源采集日期：	2018-03-05

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