中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室

根表铁膜的形成和添加硒对水稻吸收转运无机汞和甲基汞的影响李云云;赵甲亭;高愈希;李玉锋;李柏;赵宇亮;柴之芳【摘要】为了研究根表铁膜和硒对水稻吸收、转运不同形态的汞的影响,用Fe2+溶液诱导根表形成铁膜后,将水稻植株分别暴露于无机汞(HgCl2)、甲基汞(MeHgCl)、无机汞和亚硒酸钠(HgCl2+Na2SeO3)混合溶液、甲基汞和亚硒酸钠(MeHgCl+ Na2SeO3)混合溶液的培养液中继续培养72h.用DCB (dithionite-citrate-bicarbonate)提取根表铁膜,并用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定DCB溶液中Fe、Hg含量及水稻根、茎叶中Hg含量.结果表明:水稻根表铁膜对MeHgCl和HgCl2均有吸附,对MeHgCl的吸附作用高于HgCl2.根表铁膜的形成显著降低了汞暴露水稻根、茎叶中汞的含量;铁膜的形成也显著降低了HgCl2和MeHgCl从水稻根部到茎叶部分的转运效率.硒的存在可增加铁膜对HgCl2和MeHgCl的吸附,降低水稻对HgCl2和MeHgCl的吸收和转运.研究结果表明:根表铁膜和硒单独或联合作用能显著抑制水稻对无机汞和甲基汞的吸收和转运,进而可以减少汞在稻米中的蓄积.研究的开展对于提高汞污染区稻米的质量和保证粮食安全具有一定的现实意义.【期刊名称】《生态毒理学报》【年(卷),期】2014(009)005【总页数】6页(P972-977)【关键词】铁膜;水稻;硒;汞【作者】李云云;赵甲亭;高愈希;李玉锋;李柏;赵宇亮;柴之芳【作者单位】中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049;中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049;中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049;中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049;中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049;中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049;中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049【正文语种】中文【中图分类】X171.5汞因其在环境中具有持久性、生物累积性和强毒性被许多国际组织列为优先控制污染物[1]。

Hans Journal of Nanotechnology纳米技术, 2021, 11(2), 19-26Published Online May 2021 in Hans. /journal/nathttps:///10.12677/nat.2021.112003铋基纳米材料的制备及其在肿瘤诊疗中的研究进展向桓冬1,2，邓苗1，晏亮2*1成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都2中国科学院高能物理研究所，中国科学院纳米生物效应安全性重点实验室，北京收稿日期：2021年4月20日；录用日期：2021年5月20日；发布日期：2021年5月27日摘要随着纳米技术的快速发展，以纳米材料为基础的新型生物材料在生物医学领域表现出独特的优势，因而受到研究人员的广泛关注。

铋(bismuth, Bi)基纳米材料因其良好的生物相容性和优异的光学、电学等物理化学特性，在药物递送、抗菌、组织工程、生物传感、肿瘤治疗等生物医学领域的应用已被广泛研究和报道；特别地，在生物成像及癌症诊疗方面展现出广阔的应用潜力。

本文结合实例简要综述了生物医用铋基纳米材料的常见类型和制备方法，总结了其在计算机断层扫描(CT)成像、光声(PA)等生物成像和光热治疗、放射治疗等肿瘤诊疗中的最新研究进展，并在此基础上对其在生物医学中的应用前景进行了展望和对挑战展开了分析。

关键词铋基纳米材料，生物医学，生物成像，肿瘤诊疗Research Progress in Preparation andTheranostics of Bismuth-BasedNanomaterialsHuandong Xiang1,2, Miao Deng1, Liang Yan2*1College of Materials and Chemistry & Chemical Engineering, Chengdu University of Technology,Chengdu Sichuan2CAS Key Laboratory for Biomedical Effects of Nanomaterials and Nanosafety, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing*通讯作者。

荧光上转换纳米材料在光动力学治疗癌症中的应用郑晓鹏;田甘;谷战军【摘要】作为微创的光疗方法，光动力学治疗有着重要的临床价值。

近年来，荧光上转换纳米粒子（UCNPs）在光动力治疗领域脱颖而出。

在组织穿透能力强的近红外（NIR）光激发下，UCNPs可以发射高能量的可见光，通过能量共振转移激活周围的光敏剂（PS）分子产生单线态氧杀死癌细胞,达到治疗的效果。

基于UCNPs的光动力学疗法可以克服传统光动力疗法中光敏剂难输运，难靶向和难以治疗深层组织的缺点。

此外，UCNPs可以和其它诊疗分子相结合，达到协同治疗和诊疗一体化的目的。

本文综述了上转换纳米材料在癌症光动力学中的应用以及研究进展。

%The advent of nanoscience and nanotechnology offers unprecedented opportunities in nanomedicine, such as increas-ing therapeutic efficiency and decreasing undesired side effects in cancer treatment. Photodynamic therapy (PDT) is a non-invasive pho-totherapy-based method that is applied in the treatment of cancer and other diseases and has important clinical value. PDT can be com-bined with other therapies to realize the synergistic treatment. The emergence of up-conversion nanomaterials provides a fundamental method to solve the problem of photodynamic therapy of deep tumors. Moreover, the versatile preparation and surface modification methods facilitate the fine-tuning of the emission spectrum of up-conversion nanomaterials and the improvement of the photosensitiz-er's loading capacity. This study reviews the development in design and application of up-conversion nanomaterials for PDT of cancer.【期刊名称】《中国肿瘤临床》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】5页(P27-31)【关键词】癌症;上转换纳米材料;光动力学治疗【作者】郑晓鹏;田甘;谷战军【作者单位】中国科学院高能物理研究所中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室北京市100049; 中国科学院大学材料科学与光电技术学院;中国科学院高能物理研究所中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室北京市100049; 四川大学化学学院;中国科学院高能物理研究所中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室北京市100049【正文语种】中文1 引言光动力治疗癌症是现代癌症治疗的一种重要手段，具有微创性、不良反应小、靶向性高等优点［1-4］。

程千喜（湖北第二师范学院，湖北 武汉 430205）摘　要：相关研究表明，当物质材料达到纳米级尺寸时，尽管物质的化学元素组成并没有发生变化，但是纳米级物质材料和普通物质材料相比，其物理性质和化学性质通常会发生改变。

在这样的情况下，对于同一物质材料，其普通物质材料经过安全检测合格的结果也很可能并不适用于纳米级物质材料，因此对于纳米材料进行单独的生物效应和安全性检测与研究非常关键。

我国是世界上较早掌握纳米技术的国家之一，在纳米材料的生物效应和安全性研究建设方面也处于世界前列。

对此，文章主要分析近年来我国在纳米材料生物效应与安全性研究方面取得的成果，以供参考。

关键词：纳米材料；生物效应；安全性；毒性效应中图分类号：TB383 文献标志码：A文章编号：2096-3092（2020）06-0067-03纳米材料的生物效应与安全性研究Abstract: According to the relevant studies, when the material reaches the nanoscale, although the chemical element composition of the material does not change, the physical and chemical properties of the material at the nanoscale usually change compared with the ordinary material. In this case, , the good result of safety test of common material is probably not applicable to the nanomaterial for the same material. Therefore, it is very critical to conduct the research of separate biological effect and safety test on nanomaterial. China is one of the earliest countries in the world to master nanotechnology. China is also in the forefront of the world in the research and construction of biological effects and safety of nanomaterial. In this paper, the research achievements of biological effect and safety of nanomaterial in China in recent years are mainly analyzed for reference.Key words: nanomaterial, biological effects, safety, toxic effect(Hubei Second Normal University, Wuhan, Hubei 430205)Cheng QianxiBiological Effects and Safety Study of Nanomaterial纳米生物效应是指将纳米材料与生物学、物理学、化学、毒理学以及医学等学科进行关联研究的新领域。

pH响应的聚β氨基酯聚合物纳米粒的制备及其解聚性质的研究侯春园;乔增莹;乔圣林;安红维;赵文静;李效军【摘要】以1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA),N,N-二丁基丙二胺(DBPA),双氨基聚乙二醇(NH2-PEG-NH2,Mn=2 000 Da)为原料,通过迈克尔加成反应以不同比例合成了pH响应性的聚β氨基酯化合物,用核磁表征了其结构.这类两亲性的聚合物可以自发聚集形成胶束状纳米粒,用透射电子显微镜(TEM)表征了其形貌和粒径,纳米粒度分析仪(DLS)测定其水合粒径约30～40 nm,用GPC测得聚β氨基酯化合物的分子量均在20 000以上.通过芘荧光测试和尼罗红荧光测试研究了纳米粒在酸性条件下(pH5～6)的解散行为,验证了聚β氨基酯化合物的pH响应性能.【期刊名称】《河北工业大学学报》【年(卷),期】2015(044)001【总页数】7页(P33-39)【关键词】聚β氨基酯;迈克尔加成;纳米粒;pH响应性;荧光测试【作者】侯春园;乔增莹;乔圣林;安红维;赵文静;李效军【作者单位】河北工业大学化工学院,天津300130;国家纳米科学中心纳米生物效应与安全性重点实验室,北京100190;国家纳米科学中心纳米生物效应与安全性重点实验室,北京100190;国家纳米科学中心纳米生物效应与安全性重点实验室,北京100190;河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130【正文语种】中文【中图分类】O631近年来，多功能聚合物在药物递送方面的应用迅速发展[1-5]．聚氨基酯（PBAEs）类聚合物具有较低的细胞毒性，能够生物降解，促进药物在胞内释放以及结构多样等优点．它们由胺与双丙烯酸酯共轭加成而制备，产率较高且无副产物．Danossu等[6]在1970年首次报道了以双丙烯酸酯和二胺为原料，通过迈克尔加成反应合成线性聚氨基酯．基于一些对小型聚合物库的初步研究，Langer课题组[7]在2003年采用半自动化的高通量合成法，建立了包含2 350种聚氨基酯的大型聚合物库，并进行了筛选．聚合物纳米粒是由包含不同亲水性链段的嵌段共聚物在水相环境中自发地组装成为核壳结构[8]．疏水链段组成内核，能减少其与水相环境的接触；而亲水链段组成外壳，能帮助稳定内核．这样经过分子结构设计，不仅能够包载亲水或疏水的小分子药物，而且能够包载蛋白质，核酸等大分子，非常适合进行药物递送[9]．近年来pH刺激响应型纳米粒在抗癌药物的递送方面受到越来越多的关注．这是由于肿瘤组织细胞外液的pH环境呈酸性（6.8左右），细胞内内涵体和溶酶体的pH为5～6，均明显低于正常组织细胞外液的pH（约7.4）[10-12]．虽然聚氨基酯纳米粒作为基因载体方面的研究已取得较大进展[13]，但其作为pH敏感型抗癌药物载体的研究仍鲜有报道[14-16]．本文以二胺分子和双丙烯酸酯分子为原料，利用迈克尔加成，设计合成了一类聚氨基酯三嵌段共聚物．这类聚合物同时具有亲疏水部分，在水相环境中能够自组装为纳米粒，聚氨基酯嵌段形成一些疏水内核可以包裹脂溶性药物分子，PEG形成亲水性外壳．另外，由于胺的氮原子在酸性环境下可被质子化，该聚合物纳米粒具有pH响应性，有利于其在肿瘤区域的酸性环境下释放药物．如路线1所示．通过对所合成的聚合物及其形成的纳米粒的结构、尺寸、形貌、pH敏感性质等进行表征，能够初步评价其作为纳米药物载体的潜力，从而得到优化的聚氨基酯药物载体．1.1 主要仪器和试剂1H NMR谱用ARX 400MHz型核磁仪（德国Bruker公司）测定，以d6-DMSO 为溶剂，TMS为内标；聚合物粒子的形貌采用透射电子显微镜（TecnaiG220S-TWIN美国FEI公司）于200 kV下观察．聚合物粒子的粒径和分布用ZatasizerNano ZS型纳米粒度及Zeta电位分析仪（英国马尔文仪器有限公司）在25℃下测量．芘荧光测试和尼罗红荧光测试用F-280型荧光光谱仪测定．1,6 -己二醇二丙烯酸酯（HDDA，Sigma Chem ical Co，USA）；N,N-二丁基丙二胺（DBPA，Sigma Chemical Co，USA）；氨基聚乙二醇氨基（NH2-PEG-NH2，Mn=2 000 Da，上海西宝生物科技有限公司）；芘（pyrene，Sigma Chem ical Co，USA）；尼罗红（NR，Sigma Chem ical Co，USA）；十二水合磷酸氢二钠（Na2HPO412H2O，优级纯，广东光华科技股份有限公司）；磷酸二氢钾(KH2PO4，优级纯，天津市津科精细化工研究所）；盐酸（HCl，分析纯，含量36%～38%，北京化工厂）；乙酸（CH3COOH，分析纯，北京化工厂）；透析袋（2 000/3 500DaMWCO，MYM Technologies Ltd，USA）．1.2 实验方法1.2.1 聚氨基酯的合成称取HDDA（0.497 g，2.2mmol）和DBPA（0.372g，2mmol）于10m L圆底烧瓶，并溶于2m LDMSO中．通15 min N2以置换出反应瓶中的空气，然后在避光、50℃恒温油浴、磁力搅拌下反应5 d．待此反应结束后，向反应瓶中加入过量的NH2-PEG-NH2，继续在避光、50℃恒温油浴、磁力搅拌条件下反应5 d．反应完成后，转移入透析袋（3 500 Da MWCO）中，在去离子水中透析24h，以除去溶剂DMSO、未反应的单体及过量的NH2-PEG-NH2．将透析后的样品冷冻干燥得浅黄色的疏松粉状产物．其合成路线如路线2所示．另外还以不同的投料物质的量之比合成了P1和P3聚合物．P1，P3反应物的投料物质的量比见表1．1.2.2 聚氨基酯纳米粒的制备取聚氨基酯样品6mg，溶于1m LDMSO．在磁力搅拌下（900 r/m in）用注射泵向溶液中缓慢滴加2m L浓度为10mmol/L，pH为7.4的磷酸缓冲液（PB）．滴加速度设定为100L/m in，20m in加完．继续搅拌1 h，再转移入透析袋（2000DaMWCO）中，在pH7.4（10mmol/L）的PB中透析5 h，其间每2h换1次透析液，以除去溶剂DMSO．透析后的样品溶液稀释到6m L，得浓度为1mg/m L的聚合物纳米粒溶液．1.2.3 透射电镜分析（TEM）首先将制得的纳米粒溶液滴加至含碳支持膜的铜网，40 s后用滤纸吸去多余的样品，用醋酸双氧铀（2.0%）进行染色，作用40 s左右，用滤纸吸去多余的染色剂，自然晾干．制样结束后用透射电子显微镜进行显微结构的观察．1.2.4 芘荧光测试配制浓度为50mmol/L的不同pH梯度的磷酸缓冲溶液（phosphatebuffer，PB）：pH 9.0，pH 7.4，pH 7.0，pH 6.5，pH 5.9，pH 5.3，pH 5.0．取芘的四氢呋喃（THF）溶液（10L，2×104mol/L）分别加入到6个玻璃小瓶中，常温下用N2吹干挥去THF，再分别加入5mL上述不同pH的PB．超声15m in，搅拌过夜（每瓶芘的终浓度为4×107mol/L）．取聚氨基酯样品14mg溶于7m L纯水中，搅拌过夜．再与各含芘的不同pH的PB 1∶1等体积混合，搅拌4h．将搅拌好的溶液加入样品池，用荧光分光光度计进行芘的荧光激发光谱测试．设定发射波长为390nm，激发谱范围为300～380nm．激发和发射狭缝宽度为5 nm．1.2.5 尼罗红（NR）荧光测试将NR的乙醇溶液（12L，1.0×103mol/L）加入到6m L聚合物纳米粒溶液（1mg/m L，10mmol/L pH7.4 PB）中，常温下避光搅拌过夜．将不同pH的缓冲溶液（pH 6.8，200mmol/L的PB；pH 5.9，200mmol/L的PB；pH 5，5 mol/L的醋酸缓冲溶液）加入到该溶液中，调节至相应pH，常温下记录NR的发射谱，激发波长为545 nm，发射谱记录范围为560～700nm．2.1 聚合物的核磁表征图1为HDDA-DBPA的核磁图，图2为HDDA-DBPA-PEG的核磁图，可以看出5.8～6.3 ppm处双键几乎消失，3.6 ppm处出现PEG峰，由此可证明HDDA-DBPAD与NH2PEGNH2共价相连．2.2聚合物纳米粒的粒径，分子量及分布由于聚氨基酯嵌段可以形成疏水内核，PEG形成亲水性外壳，聚合物HDDA-DBPA-PEG同时具有亲疏水部分，在水相环境中能够自组装为纳米粒．纳米粒的大小和分散性可用粒径和分散系数（PDI）来表征，由电镜可以观察其形貌．表2为P1～P3聚合物纳米粒的粒径及分布，图3为P1聚合物形成的纳米粒．由表2和图3可以看出，聚合物在缓冲溶液中能够形成分散性良好的纳米粒，粒径约在30～40 nm左右．表3为用凝胶色谱仪测定的聚合物数均分子量（Mn），重均分子量（Mw）以及多分散系数（d）数据．由表3中数据可以看出，P1～P3聚氨基酯化合物的分子量均在20000以上．2.3 聚合物纳米粒的pH敏感性质2.3.1 芘荧光测试芘荧光测试可用于研究纳米粒的pH敏感性质．芘（Py）具有多苯环的共轭结构，有很强的疏水性（在水中的溶解度为107mol/L），对环境介质的极性变化十分敏感，因此常作为分子探针用于表征两亲性分子在水溶液中聚集状态的改变[17]．在特定激发波长（485 nm）下，芘在水性溶液中的发射光谱有5个荧光峰值，其中第1个峰与第3个峰的强度比值（I338/I333）可以作为纳米粒疏水性的衡量指标．对P1～P3这3种聚合物进行芘荧光测试，以pH为横坐标，I338/I333为纵坐标作图，得图4．由图4可知，P1～P3聚合物纳米粒的芘荧光测试结果类似．当pH值低于5.5左右时，I338/I333的值未发生明显变化．这是由于P1～P3聚合物中的叔胺基被完全质子化，使得具有pH响应性的聚氨基酯化合物在水相中完全溶解，没有形成聚合物纳米粒．当pH值高于5.5左右时，叔胺基逐渐被去质子化，I338/I333的值开始上升，聚氨基酯化合物开始形成纳米粒．当pH值达到6.2以上时，I338/I333的值又趋于稳定，说明聚氨基酯化合物形成了较为稳定的纳米粒．2.3.2 尼罗红（NR）荧光探针研究纳米粒在酸性条件下的解散尼罗红（NR）是一种独特的中性疏水分子，荧光强度随其微环境极性的增加而迅速减弱，荧光发射峰的波长红移[18-19]；通过NR荧光强度的变化可以跟踪纳米粒解离的过程．因此，NR可以作为模型疏水分子来模拟药物可控释放过程．设定激发波长为545 nm，记录聚合物纳米粒在不同pH条件下NR的发射谱，如图5所示．由图5可以看到，在pH 7.4时，P1～P3纳米粒的荧光强度最高，因为此时包裹有NR的疏水性微区非常稳定；随着pH值的降低，NR荧光强度逐渐降低，同时最大吸收波长（max）发生红移，这是纳米粒解离使疏水微区逐渐消失的结果．同时，与pH 5.9到pH 5.0的变化相比，从pH 7.4到pH 5.9的NR荧光强度降低不多，max红移也不十分明显，说明P1～P3纳米粒在pH 7.4到pH 5.9环境中比较稳定，而在pH 5.9到pH 5.0环境中迅速解散，NR被快速释放出来．此结果与图4芘荧光测试结果相一致，这样的酸敏感特性将十分有助于包载的药物在肿瘤细胞内的溶酶体中（pH5～6）可控释放．采用迈克尔加成法合成了1种聚氨基酯三嵌段共聚物，并用其制备了pH响应聚合物纳米粒，TEM和DLS测得纳米粒的粒径在30～40 nm左右，该纳米粒子分散性良好，可以在体内通过EPR（增强渗透保留）效应在肿瘤部位富集，其pH响应性将十分有助于包载的药物在肿瘤组织周围（pH 6.8）以及肿瘤细胞内（pH 5）释放．这种聚合物纳米粒作为新型的pH响应型药物载体系统具有巨大的潜在应用价值．【相关文献】[1]Green JJ，LangerR，Anderson DG．A combinatorialpolymer library approach yields insightintononviralgenedelivery[J]．Accountsof Chem ical Research，2008，41（6）：749-759．[2]Haag R，Kratz F．Polymer therapeutics：conceptsandapplications[J]．AngewandteChemie International Edition，2006，45（8）：1198-1215．[3]Kataoka K，HaradaA，NagasakiY．Block copolymerm icelles fordrug delivery：design，characterizationand biologicalsignificance[J]．Advanced Drug Delivery Review s，2001，47（1）：113-131．[4]Sionkowska A．Current research on the blendsof naturaland synthetic polymersasnew biomaterials：Review[J]．Progress in Polymer Science，2011，36（9）：1254-1276．[5]Wagner E．Polymers for siRNA delivery：inspired by viruses to be targeted，dynam ic，and precise[J]．A 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