磁性納米微粒調控的細胞聲孔效應機制研究

《磁性納米微粒調控的細胞聲孔效應機制研究》是依託陝西師範大學，由莫潤陽擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：磁性納米微粒調控的細胞聲孔效應機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：莫潤陽
• 依託單位：陝西師範大學

項目摘要

將氧化鐵納米磁性微粒裝載進入細胞使其成為磁性細胞，為細胞操作打開了一個新的可能性,但細胞膜選擇透過性使自然狀態下的磁性微粒難以進入細胞內。微泡增強的聲孔效應在藥物輸送、靶向治療等方面有巨大的套用潛力，但因超聲和細胞作用機制不清楚而使套用受阻。本項目利用納米微粒吸附微泡，通過控制微粒尺寸、濃度等條件，控制微泡數量並用復頻聚焦超聲啟動和調控混懸液空化程度；以小鼠離體H-22細胞磁標記實驗為例證，研究微粒增強空化的規律；基於流體動力學和微泡動力學理論，對空化場中微粒運動規律、微泡在近壁附近潰滅產生的微射流、剪應力等進行數值模擬，結合實驗過程中細胞電生理評價、顯微觀察和測試結果，建立超聲-微粒-細胞間相互作用模型，揭示超聲提高納米微粒轉運效率的機制，為實現活體細胞快速磁性標記套用奠定基礎。

結題摘要

一、背景：聲孔效應是指在包膜造影劑協助下超聲可以瞬時把細胞膜打開，將大分子通過聲激發進入細胞，停止超音波作用後細胞膜的結構又恢復常態。聲孔效應在藥物輸送、靶向治療及細胞標記等生物醫學領域有著巨大套用潛力。一般認為，微泡的非線性振動產生的聲微流、射流引起的剪下力是造成細胞膜穿孔的主要原因，對空化效應的調控最有效的途徑就是控制空化泡、泡群振動行為。 二、研究內容：研究一種新型的基於磁性納米微粒的聲孔效應調控機制和方法。內容主要包括功能性磁性納米微粒的製備、多泡體系中氣泡耦合振動特性、含微粒液體、磁流體及導電流體等複雜流體中單泡及多泡動力學特性等。 三、重要結果： （1）開發出一種表面修飾的螢光磁性高分子複合微球的製備方法與技術。（2）磁性微粒可增加泡振動的穩定性，磁性磁性微粒表面結構、尺寸、含量等都對空化劑量產生影響；（3）外磁場對水、磁流體及液態金屬流體中氣泡振動有阻尼效應，作用強弱與流動參數及磁場方向、強度等有關；（4）對一均勻的多泡系統，氣泡間耦合振動增加了系統對每個氣泡的約束，增強了泡群振動的非線性；隨著氣泡數密度的增加氣泡振動受到的抑制增強，但耦合振動延長了多氣泡系統空化泡崩潰發生的時間間隔，增大了其作用範圍。 四、關鍵數據：開發出一種製備表面修飾的螢光磁性高分子複合微球獨特工藝及參數；強磁場對氣泡振動具有阻尼效應，磁場下限至少應大於等於0.5T；在同樣的聲條件、泡群尺寸以及氣泡內外環境下, 初始半徑小於5μm的氣泡具有較強的聲回響，更適合於藥物輸送。 五、科學意義：空化效應的調控對所有基於空化套用的領域都具有現實意義。血液、組織液等均是生物磁流體，利用外磁場對磁流體運動進行干擾從而引起流體中微泡動力學改變。這不僅給細胞磁性標記提供途徑，還給了我們一種研究磁性微泡即將磁性納米微粒粘附或鑲嵌在微泡表面成為磁共振/超聲雙模成像新型材料提供新視角，磁性微泡動力特性已成為近年研究熱點。