基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结樇捌湎到y(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)光學(xué)熒光技術(shù)，具體涉及一種基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结樇捌湎到y(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分子醫(yī)學(xué)影像是采用高特異性的探針，無創(chuàng)地與體內(nèi)細(xì)胞特定的靶位點結(jié)合，以影像方式反映分子水平的生理和病理信息。由于分子影像是在細(xì)胞和分子水平對疾病進(jìn)行研究，所以分子醫(yī)學(xué)影像具有高靈敏度和高特異性。能和靶位點特異性結(jié)合的物質(zhì)(如配體或抗體等)與能產(chǎn)生影像學(xué)信號的物質(zhì)(如同位素、熒光分子或順磁性原子)以特定方法相結(jié)合而構(gòu)成的一種復(fù)合物，即為分子探針。作為分子醫(yī)學(xué)影像中的關(guān)鍵技術(shù)，分子探針的制備水平將影響整個系統(tǒng)的成像質(zhì)量。按照臨床診斷或基礎(chǔ)研究的需要，可以選用不同的分子生物學(xué)載體設(shè)計符合分子影像學(xué)要求的探針，以完成特異性診斷或研究的任務(wù)。在生物醫(yī)學(xué)熒光成像技術(shù)中，常采用熒光分子或熒光蛋白作為信號分子，通過檢測激發(fā)的熒光信號來定位探針。
[0003]在傳統(tǒng)的多熒光標(biāo)記染色當(dāng)中，首先需要找到合適的發(fā)射譜互相不重疊的多種熒光分子，方能通過濾光片實現(xiàn)對不同波段熒光的分離觀測；其次，選中的所有熒光分子還需要與其它分子具有較好的綁定性能，能夠結(jié)合共同組成分子探針，對多熒光標(biāo)記而言在熒光分子的選擇上本身就有一定的難度。此外探測每一種熒光分子需要對應(yīng)完整的從激發(fā)光源、濾光片到二向色鏡等一套光路必需元件，硬件成本較高。在實際操作中由于熒光分子發(fā)射譜之間的不完全分離以及存在廣泛的背景熒光干擾等原因，造成對某種波長熒光觀測時混入其它熒光信號，降低觀測信噪比，影響觀測結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结樇捌涮綔y系統(tǒng)和探測方法。
[0005]本發(fā)明的一個目的在于提供一種基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结槨?br>[0006]本發(fā)明的基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结槹?納米粒子、熒光分子和靶向性分子；其中，熒光分子為對溫度敏感的小分子熒光分子；熒光分子與已知吸收譜的納米粒子之間直接連接或者間接連接；納米粒子再與革E1向性分子直接或間接連接；IE向性分子通過特異性結(jié)合作用結(jié)合到靶位點。
[0007]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结樝到y(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结樝到y(tǒng)包括:納米粒子、熒光分子、靶向性分子、激發(fā)光、加熱源和熒光探測器；其中，熒光分子為對溫度敏感的小分子熒光分子；熒光分子與已知吸收譜的納米粒子之間直接連接或者間接連接；納米粒子再與靶向性分子直接或間接連接；熒光分子、納米粒子和靶向性分子構(gòu)成分子探針；當(dāng)分子探針分布在成像區(qū)域內(nèi)，靶向性分子通過特異性結(jié)合作用結(jié)合到靶位點；激發(fā)光入射到成像區(qū)域，激發(fā)熒光分子發(fā)出熒光；熒光探測器檢測熒光；加熱源入射至成像區(qū)域，對納米粒子加熱，改變納米粒子的溫度，同時改變納米粒子周圍微環(huán)境溫度，從而影響與納米粒子連接的熒光分子的發(fā)光特性，熒光強度或者光譜發(fā)生改變，實現(xiàn)光調(diào)控。
[0009]本發(fā)明的又一個目的在于提供一種基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结樀奶綔y方法。
[0010]本發(fā)明的基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结樀奶綔y方法，包括以下步驟:
[0011]1)將選定的對溫度敏感的小分子熒光分子與已知吸收譜的納米粒子之間通過共價鍵直接連接或者通過連接分子間接連接，納米粒子再連接靶向性分子，熒光分子、納米粒子和革E1向性分子構(gòu)成分子探針；
[0012]2)當(dāng)分子探針分布在成像區(qū)域內(nèi)，靶向性分子通過特異性結(jié)合作用結(jié)合到靶位占.
[0013]3)激發(fā)光入射到成像區(qū)域，激發(fā)熒光分子發(fā)出熒光；
[0014]4)加熱源入射至成像區(qū)域，對納米粒子加熱，改變納米粒子的溫度，同時改變納米粒子周圍微環(huán)境溫度，從而影響與納米粒子連接的熒光分子的發(fā)光特性，熒光強度或者光譜發(fā)生改變；
[0015]5)撤去加熱源，在微納米尺度上熱量擴散速率快，納米粒子的溫度迅速降低，從而實現(xiàn)即時的光調(diào)控。
[0016]其中，在步驟1)中，對于待探測的靶位點，選擇能與其結(jié)合且僅與其結(jié)合的靶向性分子。熒光分子與納米粒子之間的連接，采用納米粒子表面本身帶有的基團(tuán)與熒光分子的活化基團(tuán)形成共價鍵，從而將焚光分子直接連接在納米粒子的表面；納米粒子的基團(tuán)為羥基、羧基和巰基中的一種，形成的共價鍵為酰胺鍵、酯鍵、二硫鍵和醚鍵中的一種。若熒光分子與納米粒子發(fā)生易于能量傳遞和相互作用的情況下，則通過線性或枝化的有機小分子、高分子聚合物或生物分子作為連接分子，連接分子的一端與納米粒子相連，另一端與熒光分子的分子相連，從而將焚光分子的分子固定在納米粒子周圍但不發(fā)生直接接觸，形成間接連接?；蛘撸瑹晒夥肿优c納米粒子之間通過包覆層進(jìn)行間接連接。同樣地，靶向性分子通過共價鍵連接到納米粒子的表面；或者通過線性或枝化的寡聚物到高聚物作為連接分子，間接連接至納米粒子的表面；或者革E向性分子通過包覆層與納米粒子進(jìn)行間接連接。
[0017]在步驟2)中，分子探針分布在成像區(qū)域分為三種方式:a)將結(jié)合有分子探針的靶位點組織制作成顯微切片，在熒光顯微鏡下觀察；b)若用于活體影像，則需要通過系統(tǒng)給藥或局部給藥的方法將分子探針注射或注入到體內(nèi)；c)若用于術(shù)中檢查，則需要在術(shù)中將分子探針注射、涂抹或涂敷在成像區(qū)域內(nèi)。
[0018]在步驟4)中，加熱源采用調(diào)控光、微波或者超聲中的一種。若采用調(diào)控光作為加熱源對納米粒子加熱使其升溫，則納米粒子的吸收峰應(yīng)避開作為熒光分子的激發(fā)光的波長，避免產(chǎn)生交叉影響，以保證在激發(fā)光入射時，只有熒光分子受激發(fā)出熒光。
[0019]進(jìn)一步包括通過提取調(diào)控的熒光信號去除背景熒光，具體包括以下步驟:a)打開激發(fā)光光路，熒光分子被激發(fā)，熒光探測器對成像區(qū)域進(jìn)行成像，得到調(diào)控前圖像；b)打開加熱源，對成像區(qū)域進(jìn)行加熱，熒光強度發(fā)生改變，熒光探測器再次對成像區(qū)域進(jìn)行成像，得到調(diào)控后圖像；c)將調(diào)控前后的圖像進(jìn)行相減或濾波處理，從而去除大部分背景熒光，實現(xiàn)去除噪聲和背景信號的目的。
[0020]對于多個不同的靶位點，分別選擇與其相對應(yīng)的靶向性分子，并將不同的靶向性分子一一對應(yīng)地分別連接至不同的納米粒子，不同的納米粒子具有不同的吸收峰；當(dāng)加熱源為調(diào)控光時，對于不同波長的調(diào)控光，與其對應(yīng)的納米粒子升溫，調(diào)控與納米粒子相連的熒光分子的強度或光譜，從而對于同一種熒光分子，同一種激發(fā)光，采用不同的納米粒子調(diào)控，分別對應(yīng)標(biāo)記不同的靶位點，即能夠?qū)崿F(xiàn)同一種熒光分子、同一條熒光光路下，利用不同吸收峰對應(yīng)的外加調(diào)控光調(diào)控各靶位點的熒光強度，實現(xiàn)對多位點熒光標(biāo)記的觀測和成像。在現(xiàn)有熒光成像技術(shù)中，如需要進(jìn)行多種熒光標(biāo)記，需要尋找合適的譜之間重疊較少的多種材料，并且每一種熒光需要與對應(yīng)的激發(fā)調(diào)控光、濾光片、二向色鏡等相配套使用。
[0021]另一方面，對于每一種熒光分子、納米粒子和靶向性分子構(gòu)成分子探針，通過對熒光強度改變前后的圖片進(jìn)行相減對比處理，可輕松實現(xiàn)對該分子探針的精確標(biāo)記定位，特異性好，并且由于背景熒光不受外加熱源調(diào)控，將大大減少背景熒光干擾，提高信噪比，提升空間分辨率，具有可觀的應(yīng)用前景。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0023]本發(fā)明通過對納米粒子微環(huán)境溫度控制的方法間接調(diào)控與納米粒子綁定的熒光分子發(fā)光，實現(xiàn)了一種不改變激發(fā)光的分子探針即時調(diào)控方法，操作簡單易行；本發(fā)明對同一種熒光分子采用吸收峰不同的納米粒子進(jìn)行調(diào)控，分別對應(yīng)標(biāo)記不同的靶位點，即可實現(xiàn)在同一種熒光分子、同一條熒光光路下，利用不同吸收峰對應(yīng)的外加調(diào)控光調(diào)控各自位置的焚光強度，實現(xiàn)對多位點焚光標(biāo)記的觀測和成像；對于每一種焚光分子、納米粒子和革巴向性分子構(gòu)成分子探針，通過對熒光強度改變前后的圖片進(jìn)行對比，可輕松實現(xiàn)對該分子探針的精確標(biāo)記定位，特異性好，并且由于背景熒光不受外加加熱源調(diào)控，將大大減少背景熒光干擾，提高信噪比，提升空間分辨率，具有可觀的應(yīng)用前景。
[0024]本發(fā)明也可以應(yīng)用于活體熒光成像。通過系統(tǒng)給藥或局部給藥的方法將分子探針注射或注入到體內(nèi)，在成像系統(tǒng)中觀測淺層皮下的探針標(biāo)記情況，并通過外加調(diào)控光對不同種熒光分子進(jìn)行調(diào)控，具體方法及原理如上述，對結(jié)果圖片進(jìn)行處理分析，可以得到較為精確的活體熒光成像結(jié)果。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结樝到y(tǒng)的一個實施例的示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明的基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结樀囊粋€實施例的示意圖；
[0027]圖3(a)?(f)分別為本發(fā)明的的基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结樀牟煌B接方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明的基于納米粒子微環(huán)境溫控?zé)晒獾姆肿犹结樝到y(tǒng)包括:納米粒子11、熒光分子12、靶向性分子13、激發(fā)光2、加熱源3和熒光探測器4 ;其中，熒光分子、納米粒子和靶向性分子構(gòu)成分子探針；將分子探針注入至成像區(qū)域5 ;激發(fā)光2入射到成像區(qū)域，激發(fā)熒光分子發(fā)出熒光；熒光探測器4檢測熒光；加熱源3入射至成像區(qū)域5，改變納米粒子周圍微環(huán)境溫度，從而影響與納米粒子連接的熒光分子的發(fā)光特性，熒光強度或者光譜發(fā)生改變，實現(xiàn)光調(diào)控。對溫度敏感的熒光分子是指