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如何在核反应堆中生产用于医疗应用的荧光纳米粒子

2019-07-05 14:24:38 • 来源：

在有机化学和生物化学研究所的PetrCígler(布拉格IOCB)和大分子化学研究所(IMC)的MartinHrubý的领导下，研究小组开发了一种革命性的方法，用于简单而廉价地生产辐照纳米金刚石和其他纳米材料适用于疾病的高度敏感诊断，包括各种类型的癌症。他们的文章最近发表在科学杂志“ 自然通讯”上。

如何在核反应堆中生产用于医疗应用的荧光纳米粒子

在分子水平上诊断疾病和了解细胞内发生的过程需要敏感和选择性的诊断仪器。今天，科学家可以以几十纳米的分辨率监测细胞中的磁场和电场，并且由于某些无机材料颗粒中的晶体缺陷而具有显着的灵敏度。纳米金刚石是用于这些目的的近乎理想的材料。与珠宝中使用的钻石相比，纳米金刚石的尺寸小约100万倍，并且在高压和高温下由石墨合成生产。

纯纳米金刚石对其环境没有太多了解。首先，必须在受控条件下损坏其晶格以产生特殊缺陷，即所谓的氮空位中心，其能够实现光学成像。通常通过在粒子加速器中用快离子照射纳米金刚石来产生损伤。这些加速离子能够将碳原子从纳米金刚石的晶格中敲出，留下称为空位的空穴，其在高温下与晶体中存在的氮原子配对作为污染物。新形成的氮空位中心是可观察到的荧光的来源，这使得纳米金刚石在医学和技术中的应用具有巨大潜力。

然而，在更广泛的范围内对这些材料的使用的基本限制是在加速器中照射离子的成本高且效率低，这阻止了大量产生这种特别有价值的材料。

由PetrCígler和MartinHrubý领导的科学家最近在Nature Communications杂志上发表了一篇文章，描述了一种全新的照射纳米晶体的方法。科学家们在加速器中开发了昂贵且耗时的辐照，开发了核反应堆辐射，这种反应更快，成本更低。

科学家们不得不在反应堆中采用一种技巧 - 中子照射将硼原子分解成非常轻且快的氦和锂离子。必须首先将纳米晶体分散在熔融的氧化硼中，然后在核反应堆中进行中子照射。通过硼核捕获中子产生浓密的氦和锂离子，其在纳米晶体中具有与加速器中产生的离子相同的效果：晶体缺陷的受控产生。这种颗粒淋浴的高密度和使用反应器照射更多数量的材料意味着一次生产几十克稀有纳米材料更容易，也更便宜，这比科学家大约多1000倍。迄今为止能够通过加速器中的可比照射获得。

该方法不仅在纳米金刚石的晶格中产生缺陷，而且在另一种纳米材料以及碳化硅中也是成功的。出于这个原因，科学家认为该方法可以在大规模生产具有明确缺陷的纳米颗粒中得到普遍应用。

该新方法利用硼中子俘获疗法(BNCT)中应用的原理，其中给患者施用硼化合物。一旦化合物聚集在肿瘤中，患者就接受中子放射治疗，中子将硼核分裂成氦和锂离子。然后它们破坏硼收集的肿瘤细胞。因此，从实验性癌症治疗中获得的这一原理为纳米材料的有效生产打开了大门，该纳米材料具有在癌症诊断等领域中应用的特殊潜力。

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