光動(dòng)力反應(yīng)中單態(tài)氧劑量分布的研究.pdf

1、光動(dòng)力療法是一種利用光動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行疾病診斷和治療的新技術(shù)。光動(dòng)力治療效果取決于活性氧特別是單態(tài)氧的產(chǎn)量及分布，因光敏劑的靶向性和光照的選擇性，適用于個(gè)體化精準(zhǔn)治療。目前光動(dòng)力診療技術(shù)的臨床應(yīng)用受限于光在生物組織中穿透深度有限、缺乏活性氧分布與產(chǎn)量的精確分析和控制和熒光斷層成像分辨率有限等因素。因此本文開展了基于多功能診療藥物的光動(dòng)力反應(yīng)中單態(tài)氧劑量分布監(jiān)測(cè)方法的研究。
　　設(shè)計(jì)并制備了以稀土釓離子（Gd3+）配位的血卟啉單甲醚（H

2、MME）為基礎(chǔ)的兼具氧敏感性、光敏性以及磁共振造影（MRI）增強(qiáng)功能的多用途診療藥物Gd-HMME。利用紫外-可見吸收光譜、傅里葉紅外吸收光譜、時(shí)間分辨光譜、質(zhì)譜等測(cè)試手段對(duì)其進(jìn)行表征，首次發(fā)現(xiàn)Gd-HMME在710 nm的室溫磷光發(fā)射；研究了溶解氧濃度對(duì) Gd-HMME熒光和磷光的影響規(guī)律；以1,3-二苯基異苯并呋喃（1,3-diphenylisobenzofuran，DPBF）為單態(tài)氧指示劑，利用分光光度法測(cè)得甲醇溶液中 Gd-HM

3、ME的單態(tài)氧量子產(chǎn)率為0.4；通過 Gd-HMME、Mn-HMME、Sm-HMME和 Nd-HMME溶液的MRI成像效果比對(duì)，證實(shí)Gd-HMME具有優(yōu)良的MRI造影功能；熒光顯微成像表明離子配體和牛血清白蛋白修飾的Gd-HMME具有良好的細(xì)胞相容性；基于Gd-HMME的光動(dòng)力診療藥物為影像引導(dǎo)光動(dòng)力治療的單態(tài)氧劑量研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。
　　研究了溶解氧濃度對(duì)Gd-HMME單態(tài)氧量子產(chǎn)率的影響并建立了其單態(tài)氧量子產(chǎn)率與其磷光強(qiáng)度之間

4、的變化關(guān)系。根據(jù)速率方程理論分析單態(tài)氧產(chǎn)生和被活性氧探針 DPBF化學(xué)捕獲的光物理和光化學(xué)過程，建立了光動(dòng)力反應(yīng)方程和基于分光光度比較法測(cè)量不同溶解氧濃度條件下光敏劑單態(tài)氧量子產(chǎn)率方法，同時(shí)建立了光敏劑單態(tài)氧量子產(chǎn)率與溶解氧濃度和光敏劑磷光強(qiáng)度間的關(guān)系模型。測(cè)量 Gd-HMME在不同溶解氧濃度條件下的單態(tài)氧量子產(chǎn)率，證明Gd-HMME三重態(tài)量子產(chǎn)率不隨O2濃度變化，磷光光譜不僅可以用于測(cè)量溶解氧濃度，也可以用于分析單態(tài)氧量子產(chǎn)率。此項(xiàng)研

5、究為光動(dòng)力反應(yīng)單態(tài)氧劑量光譜分析提供了理論依據(jù)。
　　提出了基于Gd-HMME磷光光譜的熒光斷層成像技術(shù)監(jiān)測(cè)分析單態(tài)氧產(chǎn)量三維分布和光動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)度的方法。采用輻射傳輸方程的球諧展開計(jì)算激發(fā)光和Gd-HMME光致發(fā)光分布；通過光動(dòng)力反應(yīng)動(dòng)力方程研究Gd-HMME、O2和DPBF間在仿體內(nèi)的光動(dòng)力反應(yīng)過程。通過熒光斷層成像重構(gòu)仿體內(nèi)光學(xué)參數(shù)、Gd-HMME濃度和溶解氧濃度分布，利用光動(dòng)力反應(yīng)方程計(jì)算特定激發(fā)光場(chǎng)分布條件下計(jì)算單態(tài)氧產(chǎn)量

6、、溶解氧濃度、DPBF濃度的空間和時(shí)間分布。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于Gd-HMME光譜監(jiān)測(cè)分析單態(tài)氧產(chǎn)量分布的可行性，在此基礎(chǔ)上可利用光動(dòng)力反應(yīng)方程計(jì)算光動(dòng)力反應(yīng)過程的分布。
　　探索了上轉(zhuǎn)換光動(dòng)力療法中光場(chǎng)分布和單態(tài)氧劑量分布分析方法并建立了光動(dòng)力反應(yīng)的計(jì)算及重構(gòu)方法。仿真研究976 nm激光激發(fā)NaYF4:Yb/Er@NaYbF4@Ce6和808 nm激光激發(fā)的NaYF4:Yb/Er@NaYF4:Nd@NaYF4@Ce6時(shí)，激發(fā)光功

7、率度對(duì)上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子產(chǎn)率及分布的影響，研究發(fā)現(xiàn)1~10 ms短脈沖高功率密度激發(fā)可以獲得更大有效深度；同紅光直接激發(fā)的光動(dòng)力反應(yīng)相比，兩者均適合血紅蛋白含量較高的肝臟疾病治療，而后者對(duì)于含血紅蛋白和水都豐富的腎臟組織具治療優(yōu)勢(shì)；利用基于NaYF4:Yb/Er@NaYF4:Nd@NaYF4@Ce6納米材料中Nd3+離子下轉(zhuǎn)換熒光的熒光斷層成像技術(shù)重構(gòu)了納米粒子及組織光學(xué)參數(shù)分布，建立了數(shù)字仿體中的光動(dòng)力反應(yīng)過程的三維重構(gòu)方法。此研究為組織