聚集诱导发光纳米探针在前列腺癌光热诊疗中的应用

背景:基于“分子内运动受限”这一机制构筑的新型聚集诱导发光荧光探针可用于疾病标志物的检测、肿瘤诊断、细菌成像识别等多个方面。目的:构建基于聚集诱导发光的近红外二区纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs,探讨其用于前列腺癌靶向近红外二区荧光成像及光热治疗的潜能。方法:以卵磷脂、聚乙二醇磷脂、叶酸-聚乙二醇磷脂、聚集诱导发光分子2TT-oC26B为原料,采用纳米沉淀法合成叶酸靶向纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs,对其进行基本表征。选取PC3人前列腺癌细胞、人脐静脉内皮细胞为实验对象,检测纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs的细胞毒性与光照毒性;选取PC3人前列腺癌细胞为实验对象,采用流式细胞术和钙黄绿素/碘化丙啶染色法检测该纳米探针的光热治疗效果。选取BALB/C裸鼠腹部皮下注射PC3人前列腺癌细胞建立肿瘤模型,尾静脉注射纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs后立即对小鼠进行近红外二区荧光成像,12 h后激光照射肿瘤5 min,14 d内观察光热治疗效果。结果与结论:①纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs呈球形,平均粒径(171.0±0.3)nm,具有广谱光吸收能力和延伸至近红外二区的尾部发射,在激光辐照下可发出明亮的近红外二区荧光信号;②纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs的细胞毒性低、光毒性高;流式细胞术及钙黄绿素/碘化丙啶染色法显示,纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs对PC3人前列腺癌细胞具有明显的光热杀伤效果;③纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs成功实现了对活体小鼠血管的近红外二区荧光成像,并确认了在肿瘤部位的最大富集时间为12 h,估算后肢腿部及腹部单根血管的血管宽度分别为0.63 mm和0.42 mm,治疗后14 d小鼠肿瘤体积明显减小;④结果表明,纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs能有效实现前列腺癌的近红外二区荧光成像及光热治疗,有望为前列腺癌的早期诊断及联合治疗提供新手段。

金属有机骨架材料光热/光动力联合治疗的策略及进展

背景:金属有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)是一种由金属节点和有机配体组成的新型多孔材料。部分MOFs自身即具备光热转化能力或光动力效应,亦可作为载体负载光热剂或光敏剂,在激光诱导下产生活性氧或升高温度发挥光疗作用,被广泛应用于抗菌及抗肿瘤等生物医学领域。当MOFs同时具有这两种光疗作用时,可发挥协同治疗的效应,以弥补单独使用一种光疗方法的不足。目的:按照不同的结构总结目前提出的MOFs光热/光动力联合治疗策略,以期为联合治疗材料MOFs的结构设计、功能负载及临床应用场景提供新的思路。方法:以“金属有机骨架/金属有机框架,光动力治疗,光热治疗”为中文检索词,“Metal-organic frameworks,photodynamic therapy,photothermal therapy,phototherapy”为英文检索词,检索了PubMed、Web of Science、ScienceDirect、中国知网和万方数据库的文献,最终纳入76篇进行综述分析。结果与结论:①光热/光动力联合治疗可发挥相互增强的协同作用。②现有光热/光动力联合治疗策略主要包括了改性MOFs骨架赋予其光热、光动力效应,将光疗剂封装于MOFs,光疗剂与MOFs形成核壳结构,光疗剂在MOFs内原位还原,将光疗剂附着于MOFs表面以及热解MOFs以形成MOFs衍生的碳材料等其他特殊改性方法。③要构建特定的光疗MOFs结构,必须综合考虑光疗剂和MOFs的种类、尺寸、结合方式,选择不同的合成策略。封装结构合成过程简单,但仅适用于小粒径光疗剂;核壳结构稳定,但合成过程繁复;原位还原对光疗剂尺寸无特殊限制,但难以精确控制光疗剂在MOFs内部的生长;表面附着结构的合成步骤简便,但不能避免光疗剂提前聚集猝灭;热解MOFs合成条件要求高,且只有特定的MOFs才能实现。④现有的光热/光动力联合治疗策略主要被应用于抗菌、抗肿瘤治疗并表现出优异性能,具体的应用领域与光疗剂和MOFs自身的性质有关,还有部分用于类风湿性关节炎、抗凝溶栓治疗,其潜在应用场景十分广阔。⑤光热剂和光敏剂的临床转化目前仍处于起步阶段,其面临的关键挑战包括生物安全性评估激光照射参数的优化以及高效大规模合成方法的开发。

近红外荧光-光热纳米粒子在宫颈癌光热治疗中的应用研究

宫颈癌的诊断和治疗技术的创新对提高患者生存率及预后具有重要意义。随着纳米医学在临床应用中的快速发展,基于荧光纳米材料的近红外荧光成像和光热疗法为宫颈癌诊疗带来新的突破以及提供新的思路,改善和解决了传统诊疗所面临的敏感性差、副作用大和术后转移发生率高等问题。以近红外荧光成像-光热疗法为出发点,综述了生物修饰纳米粒子的特性;以无创快速、精准诊疗和低毒副作用为特点,阐述了生物修饰光热纳米材料在光热治疗宫颈癌中的应用;以近红外荧光成像技术辅助光热疗法的研发为目标,聚焦于在临床前基础研究和临床中应用转化方面的发展潜力;介绍了新出现的近红外荧光-光热纳米粒子在宫颈癌临床诊疗一体化的临床前基础研究。

光热转换材料在相变储能领域的研究进展

相变储能是热储能的一种,即利用相变材料的储热特性来储存或释放热量,达到调控温度的效果。但相变材料往往不具备光吸收能力,不能及时收集太阳光,导致其光热转换效率较低。将相变材料与光热转换材料复合,可在增强吸光能力的同时将获得的能量存储在相变材料中,赋予复合相变材料高光热转换能力。该文对光热转换材料进行了分类,介绍了其光热转换机理、对紫外光-可见光-近红外光的吸收能力以及在相变领域的应用。此外,还阐述了光热复合相变材料的复合策略,包括浸渍法、溶胶-凝胶法、涂层法和改性微胶囊法,分析表明,不同复合策略下制备的光热复合相变材料的光吸收能力、导热系数、光热转换效率几乎都得到了提高。因此,将光热转换材料拓展到相变储能领域,将进一步优化太阳能资源。

纳米材料在癌症光热治疗中的应用进展

癌症日益成为威胁人类生命与健康的主要原因,采取手术、放疗、化疗等传统治疗方法虽取得较多进展,但总体疗效仍不尽人意。近年来,纳米技术的快速发展拓展了癌症热疗应用的广度和深度,并赋予热疗新的功能。在近红外光源等激发作用下,光热纳米材料能特异性的吸光并展现出良好的光热作用,将外界激发能量靶向聚焦在肿瘤局部,实现在肿瘤靶区的高效热消融作用,减少热能对周围组织的损伤,并应用纳米载体的靶向性,实现抗肿瘤药物、免疫增强剂等在肿瘤内部的特异性释放,达到多种治疗模式的协同治疗,从而提高对癌症的治疗效果。本文总结纳米材料在癌症光热治疗中应用进展。

新型聚多巴胺纳米颗粒光热蒸发性能评价

聚多巴胺具有与黑色素相似的吸光性能,是一种被广泛关注的高分子近红外吸收材料,在光热转化方面有良好前景。但由于其本身聚合机理多样,内部结构复杂,目前对聚多巴胺功能性设计的研究较少。本文通过设计Fe3+和硅烷偶联剂与多巴胺反应,提高了聚多巴胺的吸光特性和亲水性;通过X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征证明,成功合成了高吸光度亲水聚多巴胺纳米颗粒,吸光度达到90%。同时将合成的纳米颗粒真空抽滤,堆叠构建亲水输运通道。实验表明:在太阳光蒸发环境,一个太阳光强下,使用本文设计的光热膜进行纯水蒸发实验,纯水蒸发速率可以达到1.1 kg/(m^(2)·h),光热转化效率为80%,比普通聚多巴胺提高15%,证明该材料有很好的光热转化性能,在海水淡化领域有着良好的应用前景。

基于BIM技术的塔式光热电站建设过程应用

光热电站凭借其可储热、可调峰、可连续发电的优点,逐渐成为可再生能源领域的研究热点,但其建设过程涉及专业庞杂,建设内容多,项目实施过程存在时间紧,施工过程要求高,项目安全管理风险大等问题。基于此,基于BIM技术,以青海共和塔式光热发电项目为例,从BIM模型建设、碰撞检查、三维会审、工作量统计、4D进度管理、物料可视化管理、安全管控以及全过程数字化移交等方面对BIM技术在塔式光热电站建设过程进行了应用探索。结果表明:通过BIM多平台建模设计,打破了不同模型数据互通壁垒,实现了模型轻量化总装,提高了项目质量,可为光热电站项目高质量施工提供借鉴。

一种用于肿瘤治疗的高光热转换效率和高稳定性的光热剂

基于香豆素荧光团设计合成了一种光热剂(ECEI),其光热转换效率可达85.78%。此外,冷热循环的实验结果表明,ECEI具有良好的光稳定性。即使在线粒体膜电位受损的情况下,ECEI也能有效靶向线粒体,在激光照射下诱导癌细胞死亡。这使ECEI能够最大程度地破坏线粒体,从而抑制肿瘤细胞的繁殖。对小鼠肿瘤照射1次后,小鼠肿瘤在10 d内逐渐消失,这表明ECEI具有良好的肿瘤抑制效果。

光热-跨临界压缩二氧化碳储能循环动态特性研究

为了改善新能源发电波动对电网的影响,提出了一种光热-跨临界压缩二氧化碳储能(transcritical compressed carbon dioxide energy storage,TC-CCES)循环集成热力系统,采用模块化机理建模方法,基于能质平衡关系分别建立TC-CCES系统与光热系统的动态数学模型,获取TC-CCES系统在储释能阶段关键参数的动态响应曲线。研究结果表明,系统的储能密度达到28.43 kW/m3,储能效率与循环效率分别为58.01%和60.85%,动态数学模型的最大误差均小于5%。此外,太阳直射辐射变化促使系统热源温度变化,而系统负荷对热源温度变化非常敏感,热源温度升高2.29%,换热器负荷升高3.36%,而且在某地区四季典型日冬季比秋季机组负荷低了23.9%。提出的动态数学模型可用于分析太阳能发电的动态特性,可为控制系统的设计提供理论参考。

泡沫碳负载一维TiO_(2)光热催化蒸发器的制备及污水蒸发降解性能

界面光热水蒸发是极具研究前景的有机污水纯化技术,但也存在有机污染物在光热蒸发器表面沉积的问题.为此,本文将具有光催化效应的纳米TiO_(2)引入到多孔泡沫碳光热吸收体中制备了复合光热催化蒸发器(CF@RT),并对复合材料的结构和光热催化性能进行了分析.结果表明,CF@RT中生长有大量直径约10 nm的一维TiO_(2)纳米棒,纳米棒均匀分散在泡沫碳表面和孔结构中;TiO_(2)的引入有效拓宽了材料对光的响应范围,使复合材料具备光热和光催化双功能;多孔泡沫碳通过吸收可见-红外光转换为热能实现水的蒸发,一维TiO_(2)则通过吸收紫外光形成电子-空穴对,并通过氧化还原反应实现污染物降解.同时,泡沫碳和TiO_(2)的结合还使光热和光催化之间存在协同促进效应,光催化过程能抑制污染物沉积,促进光热水蒸发性能持续提升,光热效应又可加速光生电子-空穴对的分离和迁移,促进光催化降解.在太阳光照射下,最优体系CF@RT160在2.5 h内使MB降解率达到74%,光热水蒸发率为0.89 kg·m^(-2)·h^(-1),且经4次循环后,水蒸发率提升至0.95 kg·m^(-2)·h^(-1).

炭气凝胶在光热转换领域的研究进展

光热转换是指将太阳能转换成热能,能够实现利用太阳能这种清洁可再生资源缓解能源匮乏。炭气凝胶材料具有高度发达的孔隙结构、优异的光捕获能力和高光热转换效率等优点,是当下光热转换领域研究热点。本文首先简单概述了不同光热材料的光热转换原理,然后从炭气凝胶种类入手分别讨论了石墨烯气凝胶、碳纳米管气凝胶、生物质基炭气凝胶和聚合物基炭气凝胶等几种炭气凝胶作为光热材料的研究进展,最后介绍了炭气凝胶作为光热材料在太阳能水蒸发、热能储存、光热催化、光热治疗和光热除冰等方面的应用。

光伏光热联合双源热泵系统运行模式研究(1):最佳切换模式验证

讨论了光伏光热联合双源热泵系统制热运行的最佳切换模式。利用TRNSYS软件建立了仿真模型,对双源(水源、空气源)热泵系统性能系数(COP_(s))进行了计算,提出以某时刻空气源热泵模式或水源热泵模式运行COP_(s)较大者优先运行作为COP_(s)切换模式。通过前期实验结果验证了模拟结果的正确性,并与常规的集热水箱温度切换模式进行了对比实验,验证了COP_(s)切换模式的有效性。结果表明,该实验系统以COP_(s)最佳切换模式运行时发电量和发电效率较集热水箱温度切换模式分别提高了5.35%和1.73%,耗电量降低了17.03%,COP_(s)提高了4.91%。

光伏光热联合双源热泵系统运行模式研究(2):供暖季系统仿真研究

使用TRNSYS软件建立了光伏光热-双源热泵(PV/T-DSHP)系统的仿真模型。选取夏热冬冷地区某一近零能耗居住建筑作为研究对象,模拟研究了供暖季PV/T-DSHP系统在COP_(s)切换模式下的运行特性和能耗。结果表明:平均光电效率为15.08%,平均光热效率为33.05%;水源热泵运行模式下供暖季平均COP为4.55,空气源热泵运行模式下供暖季平均COP为3.19,PV/T-DSHP系统的平均COP_(s)为2.98;供暖季系统自满足率为61%。

油田光热利用技术路线及解决方案研讨

在全球气候危机及全国“双碳”目标下,油气田企业加快绿色转型发展,推进低碳化油气生产。化石燃料占油气田生产过程能耗70%以上,光热利用是油气田清洁热力替代的主要方向。通过对工业光热应用领域各种主动式太阳能集热技术特点进行对比,分析油田多种用热环境的温位需求,认为光热技术多样性与油田用热需求多样性具有较高的匹配度。围绕油田多种用热环境,分析了单井拉油热电联供、小规模光热高效替代、大规模光热系统互联共享、复杂用热环境下光热梯级利用等多元化技术路线。针对光热项目在油田落地难度大的问题,从项目筛选、规模确定、系统设计、协同优化、能源管控等方面给出实施路径。油田光热利用方案制定中,因地制宜制定逐步清洁替代顺序是提高替代效益的关键,上下游系统思维及运行策略优化是设计方案优化的前提,严谨的可比性及全生命周期评估是多方案优选的基础,开展各种用热环境的研究实践是提高方案质量的重要路径。建议油田企业在实践中逐步深化认识,持续优化光热利用方案,规模化推动方案落地,进一步推动油气与新能源融合发展。

深红至近红外碳点光热特性研究进展

碳点(CDs)作为一种新型光热纳米材料引起了肿瘤治疗领域的关注。然而,作为光热剂,碳点在深红(DR)至近红外(NIR)区域的光热转换效率有限。此外,碳点对肿瘤组织的靶向性也是急需解决的一个重要问题。本综述介绍了一些增强碳点深红或近红外吸收和光热转换效率的实用策略,包括尺寸调整、元素掺杂、表面修饰、半导体耦合和生物大分子包覆等。基于这些策略可以构建合适的碳点及其复合物,实现对肿瘤的靶向光热治疗。最后,我们希望建立高效的肿瘤识别和光热治疗一体化系统,实现碳点在肿瘤治疗中的临床应用,并为解决肿瘤相关问题和促进健康发展提供重要的科学意义和应用价值。

双流体型光伏光热屋顶组件的热、电性能实验研究

文中提出一种无盖板的双流体型光伏光热屋顶组件,通过将管板式水冷流道与折流板式空冷流道组合,降低组件水容量、提升空气出口温度,实现组件热水、热空气两种热能形式的供应。通过搭建具有稳定测试环境的性能测试试验台,研究组件工质进出口温差、光伏电池温度等随太阳辐照度、工质流量的变化情况,对组件全天热、电性能进行分析。结果表明,该组件光伏电池冷却效果明显,水冷、空冷模式下电效率最高可达16.8%、17.6%,拥有较高的全天综合性能,全天综合利用率最高为74%。

基于模型-数据联合的光伏-光热系统储能量预测

提出一种模型-数据联合预测方法,通过机理分析建立对象动态模型,并引入未来太阳辐射强度、用户负荷预测数据进行即时模型预测,通过注意力机制改进的卷积-长短时记忆混合神经网络建立数据预测模型,并引入历史数据进行滚动数据预测,然后利用卡尔曼滤波器对2种预测模型的输出结果进行融合,实现储能量的联合预测。结果表明:联合预测兼具2种方法的优势,能很好地解决储能量预测误差随时间累积的问题,并能够及时表征气象因素突变和系统运行方式改变时储能量的变化情况,在各种天气状况下均具有良好的预测精度。

光热治疗辅助根管冲洗治疗根尖周炎的研究进展

根尖周炎是由微生物感染引发的根尖周炎症,根管微生物既能直接破坏根尖区牙槽骨,也能刺激根尖周组织产生炎症,进而刺激牙槽骨吸收。根管治疗的首要目标是控制感染,终极目标是促进根尖周病变愈合。根管冲洗是根管治疗中的重要步骤,理想的根管冲洗剂应符合上述两大目标并且细胞毒性较小。光热治疗(PTT)是一种新型的抑菌方法,可以利用光热材料将光能转变为热能以控制感染,并且能调节组织修复过程,促进成骨过程并抑制破骨吸收。PTT还能与光动力治疗(PDT)形成协同抗菌效应。PTT应用于根管冲洗,有希望实现根管治疗的两大目标。本文总结了PTT对感染根管中常见微生物的抗菌作用和对根尖区骨修复的作用及其机制,并且初步探讨了PTT和PDT的协同效应,为PTT在根管冲洗中的进一步应用提供了一定的理论依据。

太阳能驱动界面光热吸油材料的研究进展

油水分离技术被视为解决海上溢油问题的一种有前景的方法。在现有的技术中,基于界面光热转换效应的太阳能驱动原油吸附技术凭借低能耗和高效率而备受关注。本文综述了用于原油吸附的光热材料的最新进展。首先,概述了界面光热转换的机理。然后,总结了光热吸附剂的最新研究成果,重点介绍了其结构设计。最后,阐述了光热装置在原油吸附方面面临的挑战和机遇。

功能纳米材料光热抗肿瘤实验设计

将科研课题和功能纳米材料实验教学有机融合,依托校仪器共享平台,设计了光热抗肿瘤综合实验。实验课前以视频、文献和课件等形式介绍背景知识,课堂上进行纳米材料光热抗肿瘤机制讲解,并结合实验目的启发学生自行设计实验方案。实验通过多元评价考核体系,促进学生综合能力提升;将大型仪器使用纳入实验教学,激发学生科研热情;在以科研带教学、以教学促科研方面取得了良好效果。