Small Methods:用于先进的多模式生物成像技术的前沿纳米材料

生物成像技术是一个很重要的生物分析工具。透过不同的成像方式, 生物学家可以看到不同深度, 器官, 组织和细胞的功能和结构。传统的影像是透过分子探针到达目标进行成像。常用的成像方式 包括荧光成像 (LI), 磁共振成像 (MRI), 计算机断层 X 光扫描 (CT), 正电子发射计算机断层扫描(PET), 单光子发射计算机断层成像(SPECT), 超声波扫描 (US) 和光声成像 (PA), 等等。虽然应用分子探针于成像已经有多年的历史, 但是这类分子探针所提供的成像对比度不足, 而且它们通常只能用于提供单个成像模式。基于分子探针的弱点, 科研人员便开始研发功能纳米材料来作为生物成像探针。一种理想的生物成像探针应具备高成像对比度, 好的化学稳定性和易于被身体排泄。纳米材料的尺寸比分子探针大,在近年材料科学家的努力下, 它们的合成方法和效率已经大大提高。另外, 简单的表面修饰和生长技术令纳米材料变成多功能材料。这样的设计不单可以把多种成像模式集合于一种材料, 更可以降低毒性和达到靶标成像功能。近年, 很多种不同的纳米功能材料都被研究人员用作生物成像探针。各类材料的多模态成像功用在近年受到极大的关注, 其中它们的成像性能都在细胞和小动物模型中得到验证。继基础研究后, 纳米成像探针将会进行进一步的生物毒性和临床测试。

香港理工大学郝建华教授及其科研团队总结了近年来不同的纳米功能材料的多模态生物成像研究发展。其中包括了金纳米结构, 碳量子点, 稀土掺杂上转换纳米粒子, 纳米气泡和二维材料。作者首 先介绍了生物成像的重要性, 要求和传统成像材料的限制。然后, 作者总结了不同生像技术的特性, 优点和缺点, 同时也简述了各种功能纳米材料在这些技术中的应用。文章中用不同类型的功能材料作为范例进行了详细的讨论, 其中也介绍了典型的工作和其代表性成果展示。最后, 作者讨论了各种纳米材料的局限性和提出未来可能的发展方向, 其中包括更严格的毒性测试, 有潜力的新材料和新的成像模式。

相关文章发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201700265,Cutting- edge nanomaterials for advanced multimodal bioimaging applications) 上。本文第一作者为香港理工大学博士生曾铭乔,通讯作者为香港理工大学郝建华教授。

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