金纳米颗粒在CT造影中的应用研究
瑞禧生物2025-07-03   作者:wff   来源:
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金纳米颗粒因其物理化学性质,如表面等离子体共振效应、良好的生物相容性以及良好的X射线吸收能力,在生物医学领域受到关注。CT造影剂是含碘的有机分子。然而,金与碘相比,具有更高的原子序数和X射线吸收系数,这使得金纳米颗粒在CT造影中具有更高的成像对比度和灵敏度。随着纳米材料和生物纳米技术的发展,金纳米颗粒作为CT造影剂的研究取得了进展。该文献就介绍金纳米颗粒的制备路线、X射线造影情况以及作为CT造影剂的试用情况,并对金纳米棒颗粒用作CT造影剂存在的问题和应用前景进行讨论。

 

 

金纳米颗粒的制备路线:

液相化学法制备金纳米颗粒的是常见的制备金纳米颗粒的方法,液相化学法的核心在于在溶液中通过化学反应将金的前驱体还原为金纳米颗粒。这一过程通常需要在稳定剂(表面活性剂)的存在下进行,以防止纳米颗粒的聚集和团聚,从而获得分散良好的纳米颗粒。稳定剂的作用机制主要是通过吸附在纳米颗粒表面,形成一层物理或化学屏障,阻止颗粒之间的直接接触。还原剂则负责将金的前驱体(通常是金离子)还原为金属金,常见的还原剂包括柠檬酸钠、硼氢化钠等。

 

液相化学法制备金纳米颗粒的具体步骤

(一)前驱体溶液的配制

金的前驱体通常是氯金酸(HAuCl₄),它是一种可溶性的金盐,能够提供金离子用于后续的还原反应。将一定量的氯金酸溶解在去离子水中,配制成适当浓度的溶液。溶液的浓度会直接影响最终纳米颗粒的大小和产量,因此需要根据实验目标进行准确控制。


(二)稳定剂的添加

稳定剂的选择对于金纳米颗粒的制备至关重要。常用的稳定剂包括柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、硫代硫酸钠等。这些稳定剂能够在纳米颗粒表面形成吸附层,防止颗粒聚集。以柠檬酸钠为例,它不仅可以作为稳定剂,还能在一定程度上参与还原反应。将稳定剂溶解在去离子水中,然后加入到前驱体溶液中,搅拌均匀,确保稳定剂与前驱体充分混合。


(三)还原反应的进行

还原反应是金纳米颗粒制备的核心步骤。将还原剂加入到含有前驱体和稳定剂的混合溶液中,引发还原反应。以柠檬酸钠还原法为例,将柠檬酸钠溶液快速加入到加热至沸腾的氯金酸溶液中,溶液颜色会从浅黄色逐渐变为深红色,这表明金纳米颗粒已经形成。反应过程中,温度、搅拌速度等条件都会影响纳米颗粒的生成和特性。通常,较高的温度和适当的搅拌有助于加速反应,获得更均匀的纳米颗粒。


(四)纳米颗粒的分离与纯化

制备完成后,需要对金纳米颗粒进行分离和纯化,以去除反应过程中产生的杂质和未反应的试剂。常用的方法是离心分离,将反应溶液置于离心机中,以适当的速度离心,使纳米颗粒沉淀。然后,用去离子水或乙醇等溶剂洗涤沉淀,重复离心和洗涤过程数次,以确保纳米颗粒的纯度。最后,将纯化的纳米颗粒重新分散在适当的溶剂中,以便于后续的存储和应用。

水溶液中包覆有柠檬酸根的金纳米颗粒示意图 

 

金纳米颗粒的X射线造影情况

(一)X射线吸收特性

金纳米颗粒具有较高的原子序数,因此对X射线具有较高的吸收系数。与常用的碘造影剂相比,金纳米颗粒在CT成像中能够提供更高的成像对比度和灵敏度。

 

(二)成像对比度

金纳米颗粒的成像对比度与其尺寸、形貌和表面性质密切相关。较小的纳米颗粒具有较高的比表面积和活性,能够提供更高的成像对比度;而较大的纳米颗粒则具有更好的稳定性和光学性质,适用于生物成像领域。此外,通过在金纳米颗粒表面引入不同的功能基团或生物分子,可以进一步优化其成像对比度。

 

(三)成像灵敏度

金纳米颗粒的成像灵敏度与其X射线吸收系数和成像对比度密切相关。较高的X射线吸收系数和成像对比度能够提高成像灵敏度,使其在低剂量X射线照射下也能获得清晰的成像效果。

 

 

 

金纳米颗粒作为CT造影剂的试用情况

(一)包裹了PEG的金纳米颗粒

制备方法

通过液相化学法或种子生长法制备出金纳米颗粒,然后在表面包裹PEG。包裹方法包括物理吸附和化学键合两种方式。物理吸附是通过将PEG溶液与金纳米颗粒混合,使其吸附在颗粒表面;化学键合是通过化学反应将PEG共价键合到金纳米颗粒表面。

性能特点

包裹了PEG的金纳米颗粒具有良好的水溶性和生物相容性,能够提高成像对比度。PEG的引入可以减少纳米颗粒的免疫原性,延长其在体内的循环时间,提高成像效果。包裹了PEG的金纳米颗粒在CT成像中能够提供清晰的成像效果,且在体内具有良好的稳定性和生物相容性。

 

(二)包裹了阿拉伯树胶的金纳米颗粒

制备方法

通过液相化学法或种子生长法制备出金纳米颗粒,然后在表面包裹阿拉伯树胶。包裹方法包括物理吸附和化学键合两种方式。物理吸附是通过将阿拉伯树胶溶液与金纳米颗粒混合,使其吸附在颗粒表面;化学键合是通过化学反应将阿拉伯树胶共价键合到金纳米颗粒表面。

性能特点

包裹了阿拉伯树胶的金纳米颗粒具有良好的水溶性和生物相容性,能够提高成像对比度。阿拉伯树胶的引入可以减少纳米颗粒的免疫原性,延长其在体内的循环时间,提高成像效果。包裹了阿拉伯树胶的金纳米颗粒在CT成像中能够提供清晰的成像效果,且在体内具有良好的稳定性和生物相容性。

金纳米颗粒表面包覆PEG-SH的示意图 

 

金纳米颗粒因其良好的表面性质、成熟的制备路线和良好的生物相容性,在CT造影领域展现出应用潜力。通过控制制备条件,可以实现对金纳米颗粒形貌、尺寸和表面性质的调控,满足不同应用领域的需求。该文献介绍的包裹了PEG、阿拉伯树胶等的金纳米颗粒在CT成像中已经取得了研究成果。