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近紅外納米探針、制備方法及全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng)與流程

文檔序號(hào):12931116閱讀:516來(lái)源:國(guó)知局
近紅外納米探針、制備方法及全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng)與流程

本公開(kāi)屬于納米醫(yī)藥和醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種近紅外納米探針、制備方法及全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng)。



背景技術(shù):

肝癌是是我國(guó)最常見(jiàn)的腫瘤之一,死亡率較高。在肝癌治療中,手術(shù)治療是治療的首選。然而,肝癌切除術(shù)中,存在著腫瘤邊界難以精準(zhǔn)識(shí)別,癌栓難以有效檢測(cè)等重大臨床問(wèn)題。隨著分子影像技術(shù)的不斷發(fā)展,利用近紅外熒光設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)航的手術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。

分子影像導(dǎo)航系統(tǒng)指導(dǎo)下的肝癌手術(shù)需要生物安全性高、穩(wěn)定性高和熒光量子產(chǎn)率高的近紅外探針。熒光染色吲哚菁綠(icg)、新吲哚菁綠ir-820及花菁類染料由于在800nm左右具有較強(qiáng)的吸收和發(fā)射特性,并且具有較好的生物安全性,且icg是應(yīng)用廣泛的一類近紅外染料,并且在臨床上應(yīng)用于肝臟功能的測(cè)試,因此在近紅外熒光設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)航的手術(shù)具有應(yīng)用價(jià)值,但是icg等熒光分子具有易分解,體內(nèi)持續(xù)時(shí)間短等缺點(diǎn),而且將icg注射進(jìn)入肝動(dòng)脈之后,現(xiàn)有的與之匹配的分子影像導(dǎo)航系統(tǒng),無(wú)法清晰地分辨出癌癥的區(qū)域以及和正常組織之間的邊界。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本公開(kāi)提供了一種近紅外納米探針、制備方法及全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng),以至少部分解決以上所提出的技術(shù)問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面,提供了一種近紅外納米探針的制備方法,包括:得到近紅外熒光染料的混合溶液;往混合溶液中加入碘化油注射液;將加入碘化油注射液的混合溶液中有機(jī)溶劑揮發(fā),得到碘化油混合溶液;將納米表面活化劑溶于無(wú)水乙醇中,得到納米表面活化劑溶液;將納米表面活化劑溶液和碘化油混合溶液加入聚乙二醇溶液中,形成納米制劑;以及將納米制劑過(guò)濾,得到近紅外納米探針。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中,往混合溶液中加入碘化油注射液的步驟中,碘化油注射液包裹所述近紅外熒光染料;將納米表面活化劑溶液和碘化油混合溶液加入聚乙二醇溶液中,形成納米制劑的步驟包括:將聚乙二醇加入到超純水中并加熱煮沸,得到聚乙二醇溶液;并將納米表面活化劑溶液和碘化油混合溶液依次逐滴加入到該沸水溶液中,機(jī)械攪拌,形成納米制劑。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中,得到近紅外熒光染料的混合溶液的步驟包括:利用有機(jī)溶劑溶解近紅外染料,超聲使其混合均勻;往混合溶液中加入碘化油注射液的步驟之后還包括:繼續(xù)超聲,使加入碘化油注射液的混合溶液混合均勻;形成納米制劑之后的步驟還包括:利用超聲探頭作用納米制劑,使其均勻分散。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中,將加入碘化油注射液的混合溶液中的有機(jī)溶劑揮發(fā)的步驟包括:采用水浴的方式加熱加入碘化油注射液的混合溶液,使有機(jī)溶劑揮發(fā)。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中,近紅外熒光染料為以下染料中的一種:吲哚菁綠、新吲哚菁綠ir-820或花菁類染料;有機(jī)溶劑為氯仿溶液;納米表面活化劑為以下材料中的一種:聚甘油酯、吐溫-20、蔗糖脂肪酸酯、聚甘油酯或卵磷脂;吲哚菁綠的質(zhì)量介于5mg~10mg之間;氯仿溶液的體積介于4ml~6ml之間;加入碘化油注射液的體積介于480μl~520μl之間;水浴的溫度介于68℃~88℃之間。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中,納米表面活化劑為聚甘油酯;聚甘油酯的質(zhì)量為:100mg;無(wú)水乙醇的體積為:200ml;聚乙二醇的質(zhì)量為:180mg;超純水的體積為:25ml;濾膜的尺寸為220nm;水浴的溫度為70℃;將聚甘油酯溶液和碘化油混合溶液滴入沸水中進(jìn)行機(jī)械攪拌的時(shí)間介于10min~30min之間。

根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)方面,提供了一種近紅外納米探針,采用以上任一種近紅外納米探針的制備方法制備。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中,近紅外納米探針呈現(xiàn)納米球結(jié)構(gòu),該納米球結(jié)構(gòu)的粒度介于55nm~70nm之間。

根據(jù)本公開(kāi)的又一個(gè)方面,提供了一種全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng),與以上任一種近紅外納米探針配套使用,其中,在肝動(dòng)脈注射該近紅外納米探針以后,利用全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)肝臟進(jìn)行影像導(dǎo)航,從而分辨出肝癌區(qū)域以及和正常組織的邊界。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中,全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng)包括:近紅外激光發(fā)射模塊,用于向探測(cè)區(qū)域發(fā)射特定波段的近紅外光;信號(hào)采集模塊,用于采集探測(cè)區(qū)域的可見(jiàn)光圖像和近紅外光圖像;圖像處理模塊,用于對(duì)采集到的可見(jiàn)光圖像和近紅外光圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)融合及目標(biāo)提取,并將融合圖像中包含目標(biāo)區(qū)域的最小等邊三角形區(qū)域分割出來(lái);以及全息眼鏡模塊,用于將分割出來(lái)的圖像疊加在真實(shí)世界的目標(biāo)上,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的作用,并根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)自動(dòng)調(diào)節(jié)全息眼鏡鏡片上圖像的亮度。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中,近紅外激光發(fā)射模塊包括:近紅外激光光源,用于產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的近紅外光;信號(hào)采集模塊包括:二向色分光片和雙ccd相機(jī);其中,二向色分光片將所述雙ccd相機(jī)所采集到的光信號(hào)分為低于某一波長(zhǎng)數(shù)值的可見(jiàn)光信號(hào)和高于該某一波長(zhǎng)數(shù)值的近紅外光信號(hào),并分別傳輸至雙ccd相機(jī)的兩個(gè)ccd芯片上;雙ccd相機(jī)將ccd芯片上采集到的可見(jiàn)光圖像和近紅外光圖像傳輸至圖像處理模塊。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中,圖像處理模塊包括:微處理器、圖像融合模塊和圖像分割模塊;其中,圖像融合模塊在微處理器的控制下對(duì)雙ccd相機(jī)采集到的可見(jiàn)光圖像和近紅外光圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)融合;圖像分割模塊在微處理器的控制下對(duì)融合圖像進(jìn)行目標(biāo)提取,所提取的目標(biāo)是近紅外圖像中的熒光部分;然后,將融合圖像中包含目標(biāo)區(qū)域的最小等邊三角形區(qū)域分割出來(lái);全息眼鏡模塊包括:感光模塊、空間映射模塊和智能處理器;其中,感光模塊在所述智能處理器的控制下,根據(jù)環(huán)境光強(qiáng),自動(dòng)調(diào)節(jié)全息眼鏡鏡片上圖像的亮度;空間映射模塊在智能處理器的控制下,將圖像處理模塊分割出來(lái)的圖像通過(guò)空間映射疊加到真實(shí)世界的目標(biāo)上,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的目的;智能處理器還能控制全息眼鏡進(jìn)行環(huán)境掃描和空間定位。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出,本公開(kāi)提供的近紅外納米探針、制備方法及全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng),具有以下有益效果:

通過(guò)碘化油將icg分子進(jìn)行包裹制備成的近紅外納米探針,粒度較??;通過(guò)加入納米表面活化劑并優(yōu)化納米探針成分及制備組裝過(guò)程,使得制備的納米探針理化性能更加穩(wěn)定,并且具有了優(yōu)異的熒光增強(qiáng)效果以及生物穩(wěn)定性;同時(shí)結(jié)合配套的全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng),可以清晰地分辨出癌癥的區(qū)域,確定肝癌邊界,從而實(shí)現(xiàn)精確的癌癥病灶的切除。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例icg近紅外納米探針的制備方法流程圖。

圖2a為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例制備的icg近紅外納米探針的tem圖。

圖2b為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例制備的icg近紅外納米探針的粒度分析圖。

圖3a為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例制備的icg近紅外納米探針與普通的icg的吸收曲線圖。

圖3b為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例制備的icg近紅外納米探針與普通的icg的熒光成像圖。

圖4為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例與近紅外納米探針配套的全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本公開(kāi)提供的近紅外納米探針、制備方法及全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng),通過(guò)碘化油將icg分子進(jìn)行包裹,在多種納米表面活化劑作用下,制備成的近紅外納米探針,粒度小于100nm,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且展示了優(yōu)異的熒光增強(qiáng)效果以及生物穩(wěn)定性;同時(shí)結(jié)合配套的全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng),可以清晰地分辨出癌癥的區(qū)域,確定肝癌邊界,從而實(shí)現(xiàn)精確的癌癥病灶的切除。

為使本公開(kāi)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合具體實(shí)施例,并參照附圖,對(duì)本公開(kāi)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

碘化油作為臨床上應(yīng)用的ct造影劑也可以被應(yīng)用在納米光學(xué)探針的制備中。本公開(kāi)提出了一種近紅外納米探針,是采用碘化油將icg分子進(jìn)行包裹制成的,其制備方法獨(dú)特,并通過(guò)控制活化劑成分及含量,確保了制備出來(lái)的近紅外納米探針光學(xué)性能優(yōu)良。

在本公開(kāi)的第一個(gè)示例性實(shí)施例中,提供了一種近紅外納米探針的制備方法。圖1為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例icg近紅外納米探針的制備方法流程圖,如圖1所示,本公開(kāi)近紅外納米探針的制備方法,包括:

步驟s102:利用有機(jī)溶劑溶解近紅外熒光染料,采用超聲波清洗器超聲使其混合均勻,得到混合溶液;

由于具有較好的生物安全性,吲哚菁綠在臨床上應(yīng)用于肝臟功能的測(cè)試,因此本實(shí)施例中采用的近紅外熒光染料為:吲哚菁綠,有機(jī)溶劑為氯仿溶液,其中,吲哚菁綠的質(zhì)量為:5mg~10mg;氯仿溶液的體積介于4ml~6ml,本實(shí)施例氯仿溶液的體積為:5ml;超聲的時(shí)間為5min;

對(duì)于其它的應(yīng)用場(chǎng)景,可以是其他的近紅外熒光染料,如新吲哚菁綠ir-820或花菁類染料,選擇相應(yīng)的有機(jī)溶劑對(duì)其進(jìn)行溶解即可,一般選擇非極性有機(jī)溶劑;

步驟s104:往混合溶液中加入碘化油注射液,繼續(xù)超聲;

加入碘化油注射液的體積介于480μl~520μl之間,本實(shí)施例中加入碘化油注射液的體積為:500μl,超聲的時(shí)間為5min;

步驟s106:將加入碘化油注射液的混合溶液置于水浴中,直至有機(jī)溶劑完全揮發(fā),得到碘化油混合溶液;

本實(shí)施例中水浴的溫度為:70℃;由于本實(shí)施例中有機(jī)溶劑采用的是氯仿溶液,其沸點(diǎn)為:61~62℃,優(yōu)選水浴的溫度介于68℃~88℃之間,因而選擇水浴溫度略高于該沸點(diǎn);需要說(shuō)明的是,本公開(kāi)不局限于水浴溫度介于68℃~88℃之間,而是只要符合水浴溫度超過(guò)有機(jī)溶劑的沸點(diǎn),并且不超過(guò)碘化油的分解溫度即可;

步驟s108:將聚甘油酯溶于無(wú)水乙醇中,得到聚甘油酯溶液;

納米表面活化劑包括:聚甘油酯、吐溫-20、蔗糖脂肪酸酯、聚甘油酯或卵磷脂等;

本實(shí)施例中,稱取100mg聚甘油酯,溶于200μl無(wú)水乙醇中;

步驟s110:將聚乙二醇加入到超純水中并加熱煮沸;并將聚甘油酯溶液和碘化油混合溶液依次逐滴加入到上述沸水中,機(jī)械攪拌,形成納米制劑,并利用超聲探頭作用納米制劑,使其均勻分散;

本實(shí)施例中將180mg聚乙二醇加入到25ml超純水中并加熱煮沸;

超純水為up水,即常溫(25℃)下電阻率達(dá)到18mω·cm的水;

本實(shí)施例中機(jī)械攪拌的時(shí)間為10min~30min;

本實(shí)施例中超聲作用的工作參數(shù)設(shè)置如下:脈沖:2s/2s;功率:150w,頻率:20khz;超聲的時(shí)間為:15min;

步驟s112:將納米制劑利用低速離心去除沉淀,然后利用濾膜過(guò)濾,得到近紅外納米探針;

本實(shí)施例中濾膜的尺寸為220nm;將得到的近紅外納米探針避光保存。

需要說(shuō)明的是,以上列舉的具體實(shí)驗(yàn)參數(shù),僅僅作為本公開(kāi)的一個(gè)具體例子進(jìn)行說(shuō)明,實(shí)際實(shí)驗(yàn)中可根據(jù)實(shí)際需要將超聲時(shí)間、化學(xué)生物試劑以及其用量、配比等實(shí)施合理的變化。

在本公開(kāi)的第二個(gè)示例性實(shí)施例中,提供了一種近紅外納米探針,該近紅外納米探針的近紅外熒光染料為吲哚菁綠,采用第一個(gè)實(shí)施例的近紅外納米探針的制備方法制備。

圖2a為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例制備的icg近紅外納米探針的tem圖;圖2b為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例制備的icg近紅外納米探針的粒度分析圖。

結(jié)合圖2a和圖2b可知,制備的該近紅外納米探針是粒度均一的納米球結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;該納米探針在水溶液中的平均直徑為62.88nm,粒度較小,并且均一穩(wěn)定,而粒度較小的納米探針為了進(jìn)一步的生物研究提供了保障。不局限于本實(shí)驗(yàn)中公開(kāi)的納米球結(jié)構(gòu)的粒度,其粒度可以是介于55nm~70nm之間的任何一個(gè)值,或者其他均勻分散、粒徑均勻的近紅外納米探針都符合要求。

基于以上實(shí)施例中制備的icg近紅外納米探針,與普通的icg進(jìn)行了性能對(duì)比測(cè)試。

圖3a為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例制備的icg近紅外納米探針與普通的icg的吸收曲線圖;圖3b為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例制備的icg近紅外納米探針與普通的icg的熒光成像圖。參照?qǐng)D3a可知,與普通的icg相比,通過(guò)將icg分子組裝進(jìn)碘化油納米探針以后制備得到的icg近紅外納米探針在近紅外的吸收明顯增強(qiáng)。參照?qǐng)D3b可知,與普通的icg相比,icg近紅外納米探針具有非常明顯的熒光增強(qiáng),這對(duì)近紅外熒光成像的應(yīng)用具有顯著的意義。

在本公開(kāi)的第三個(gè)示例性實(shí)施例中,提供了一種與近紅外納米探針配套的全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng)。圖4為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例與近紅外納米探針配套的全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖4所示,一種全息影像導(dǎo)航系統(tǒng),包括:

近紅外激光發(fā)射模塊,用于向探測(cè)區(qū)域發(fā)射特定波段的近紅外光;

信號(hào)采集模塊,用于采集探測(cè)區(qū)域的可見(jiàn)光圖像和近紅外光圖像;

圖像處理模塊,用于對(duì)采集到的可見(jiàn)光圖像和近紅外光圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)融合及目標(biāo)提取,并將融合圖像中包含目標(biāo)區(qū)域的最小等邊三角形區(qū)域分割出來(lái);以及

全息眼鏡模塊,用于將分割出來(lái)的圖像疊加在真實(shí)世界的目標(biāo)上,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的作用,并根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)自動(dòng)調(diào)節(jié)全息眼鏡鏡片上圖像的亮度。

在本實(shí)施例中,近紅外激光發(fā)射模塊包括的近紅外激光光源為近紅外激光器,可以用于產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的近紅外光,比如,近紅外激光器可以產(chǎn)生波長(zhǎng)為810nm的近紅外光,需要說(shuō)明的是,本公開(kāi)不局限于列舉波長(zhǎng),還可以是其他紅外光的波長(zhǎng),這里僅作參考范例。

在本實(shí)施例中,使用光纖將近紅外激光器產(chǎn)生的近紅外光傳輸至探測(cè)區(qū)域。

在本實(shí)施例中,信號(hào)采集模塊包括:二向色分光片和雙ccd相機(jī),用于采集探測(cè)區(qū)域的可見(jiàn)光圖像和近紅外光圖像,并傳輸至圖像處理模塊。其中,該二向色分光片可以為840nm分光片,將雙ccd相機(jī)所采集到的光信號(hào)分為低于840nm的光信號(hào)和高于840nm的光信號(hào),并分別傳輸至該相機(jī)的兩個(gè)ccd芯片上。與之對(duì)應(yīng),該雙ccd相機(jī)包括可見(jiàn)光ccd芯片和近紅外光ccd芯片,分別用于接收低于840nm的光信號(hào)和高于840nm的光信號(hào)。

在本實(shí)施例中,圖像處理模塊包括:微處理器、圖像融合模塊和圖像分割模塊。圖像融合模塊在微處理器的控制下對(duì)雙ccd相機(jī)采集到的可見(jiàn)光圖像和近紅外光圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)融合;圖像分割模塊在微處理器的控制下對(duì)融合圖像進(jìn)行目標(biāo)提取,所提取的目標(biāo)是近紅外圖像中的熒光部分;然后,將融合圖像中包含目標(biāo)區(qū)域的最小等邊三角形區(qū)域分割出來(lái)。

在本實(shí)施例中,采用小波變換進(jìn)行圖像融合,但本公開(kāi)不局限于此,其他圖像融合的方式也符合要求;

在本實(shí)施例中,采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行目標(biāo)提取,但本公開(kāi)不局限于此,其他目標(biāo)提取的方式也符合要求。

在本實(shí)施例中,全息眼鏡模塊包括:感光模塊、空間映射模塊和智能處理器。感光模塊在智能處理器的控制下,根據(jù)環(huán)境光強(qiáng),自動(dòng)調(diào)節(jié)全息眼鏡鏡片上圖像的亮度??臻g映射模塊在智能處理器的控制下,將圖像處理模塊分割出來(lái)的圖像通過(guò)空間映射疊加到真實(shí)世界的目標(biāo)上,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的目的。此外,智能處理器還能控制全息眼鏡進(jìn)行環(huán)境掃描和空間定位。

采用本實(shí)施例的全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?qū)⒙阊鄄荒苤苯佑^測(cè)到的熒光圖像與真實(shí)世界中的目標(biāo)疊加在一起,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的作用。通過(guò)在肝動(dòng)脈注射該近紅外納米探針以后,利用全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng),可以很清晰的分辨出肝癌區(qū)域以及和正常組織的邊界,這對(duì)于影像手術(shù)導(dǎo)航下的診斷、治療和手術(shù)有著顯著的意義。

綜上所述,本公開(kāi)提供了一種近紅外納米探針、制備方法,通過(guò)碘化油將icg分子進(jìn)行包裹,優(yōu)選表面活性劑作用下制備成的近紅外納米探針,粒度較小,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且展示了較好的熒光增強(qiáng)效果以及生物穩(wěn)定性;同時(shí)結(jié)合配套的全息分子影像導(dǎo)航系統(tǒng),可以清晰地分辨出癌癥的區(qū)域,確定肝癌邊界,從而實(shí)現(xiàn)精確的癌癥病灶的切除。

以上所述的具體實(shí)施例,對(duì)本公開(kāi)的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明,所應(yīng)理解的是,以上所述僅為本公開(kāi)的具體實(shí)施例而已,并不用于限制本公開(kāi),凡在本公開(kāi)的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本公開(kāi)的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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