连续oct监测纳米粒子累积在生物组织

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1、连续OCT监测纳米粒子累积在生物组织摘要在这项研究中，纳米粒子渗透和累积在生物组织的动态过程通过非侵略性的OCT成像方法监测。金纳米壳和二氧化钛纳米粒子用来研究。纳米粒子渗透和累积在生物组织中的过程伴随着皮肤光学特性的改变，这将会影响OCT图像。连续OCT监测纳米粒子渗透到皮肤的过程显示这些变化会在纳米粒子作用到表面后的30分钟内出现；纳米粒子累积的最大浓度在纳米粒子作用后的1.5-3小时内可以观察的到。OCT信号的数字处理显示了在真皮上下层间的对比度有所增加，毛囊边界在60-150分钟内对比度降低。投射电子显微技术证实了两种纳米粒子在生物组织中的累积。这项研究的新颖之处是

2、能够在体内表现OCT监测纳米粒子的动态过程和在活体组织的再分布。介绍纳米粒子有独特的物理，化学和生物特性，对生物医学有很大的应用。碳纳米管，富勒烯，量子点，和各种金属，金属氧化物纳米粒子目前都在被广泛研究。在金属纳米粒子中的特别之处是所谓的等离子共振的纳米粒子，例如，金纳米壳。它们可以用于药物定向传输，如同生物传感器，也用于光学生物成像。二氧化钛纳米粒子起初被用于化妆品产业中的紫外线屏蔽剂，因此了解它们穿透皮肤的特性非常重要。二氧化钛纳米粒子在可见光范围内有很强的反向散射，在近红外光范围内吸收性很小。这种特性有利于光学可视化。虽然纳米粒子在生物医学中有大量的研究，但是纳米粒

3、子在生物组织中相互作用的机械特性和纳米粒子穿透表面组织的机械特性以及粒子在生物体中的生物分布有待于进一步研究。现在，这些组织用定性评估方法解决，比如透射电子显微镜，光显微镜，共聚焦显微镜，双光子荧光显微镜，和纳米粒子在生物组织累积的定量评估方法，比如原子吸收光谱法和中子活化分析法。然而几乎所有的方法都是侵害性的或者破坏性的和难以实现的。在生物学和医学的不同领域内，其光学新技术的快速进步使得纳米粒子在活体生物组织中有着快速无害的研究。例如，扩散光学光谱允许我们确定纳米粒子在组织中的定量分布，OCT成像是一个好的工具，它可以通过光学特性的改变对纳米粒子和生物组织的相互作用的过程

4、进行成像研究。使用等离子共振的纳米粒子提高OCT成像对比度已经在组织幻影和体内证实了。光学可视化的方法的基础是通过介质探测光散射和光吸收，光学和物理化学的特性可以探测到个别结构，如生物组织层或者含有这些溶剂的病理区的可视化。通过OCT成像的改变，我们可以总结纳米粒子在生物组织中的渗透和累积，追踪其动态过程。在体内，非侵害性和实时的OCT成像是很值得观察研究的。在早期的研究中，我们展示了使用金纳米粒子和二氧化钛纳米粒子作为对比剂，用来对皮肤的OCT成像研究的可能性。结果发现，纳米粒子渗透到不同的皮肤结构，从而增加了OCT图像的信息性。现在实验研究的目标是结合金纳米粒子和二氧化

5、钛纳米粒子的渗透监测皮肤光学特性的改变。材料和方法OCT系统OCT系统生产在应用物理RAS研究所，配置了一个灵活探头用于目前的研究。这个系统有下列特点：探头的外径是2.7mm，探测光波900nm，探测辐射功率2mW，空间分辨率15um，得到一个200×200像素的2D图像的平均时间是1.5s。纳米粒子在我们的研究中，我们使用硅芯直径130nm和壳厚15nm的金纳米壳的悬浮液（图1a）。这些粒子在Khlebtsov和Dykman的论文中研究过。纳米粒子的粒度分布是最小的。这些粒子通过PEG分子共价连接到表面来稳定。我们使用低分子量的PEG（5000）。这些纳米粒子通过Khle

6、btsov等人所详细描述的方法合成而得。纳米粒子悬浮液的浓度是22ug/ml。在波长900nm处金纳米壳有最大消光，这对于OCT技术是最理想的。我们研究高纯度的二氧化钛纳米粒子（99.999%）。根据制造商提供的信息，这些二氧化钛纳米粒子通过钛醇盐的水解得到。X射线的结构分析显示这些纳米粒子是金红石型和四方点阵的结构。其他阶段和自由的纳米粒子在X射线中看不到。这些粒子具有平均直径54nm的球形结构。基于透射电子显微镜，粒子的粒度分布由图2显示。这种尺寸的二氧化钛纳米粒子在可见光谱区有一个很大的反向散射系数。据推测，二氧化钛纳米粒子可以用于OCT图像对比。我们通过蒸馏水溶解纳

7、米二氧化钛粉来制备纳米粒子悬浮液。所得的悬浮液浓度1mg/ml（纳米粒子的浓度通过OCT成像实验研究，以使二氧化钛纳米粒子的OCT信号强度可以与金纳米粒子的OCT信号强度相比）。二氧化钛纳米粒子高度聚结；因此，悬浮液在使用之前通过30-40分钟的超声波处理解散。完全打破聚结体所需的最佳时间通过透视电子显微镜发现。纳米粒子在在体的兔皮肤中的渗透和累积的研究对兔子（3.5-4kg重）所做的研究保持在标准饲养的条件在脱毛的兔大腿的健康皮肤上滴加25ul的纳米粒子溶液。光发生变化，这是金纳米壳和二氧化钛纳米粒子引起的，通过