生意人报: 对身体无害并且能发出荧光的镧系元素在新兴治疗诊断学领域中的应用

使用特定形状和大小的纳米颗粒对于开展抗癌治疗或核磁共振诊断非常重要，因为在诊断治疗的过程中，需要使用极小的颗粒，以使其更容易穿透细胞，并且能够在血管和静脉中自由移动，同时不会堵塞毛细血管。

治疗诊断学是一个正在快速发展的新兴医学领域，致力于开发并应用可同时对疾病进行诊断和治疗的药物，一般来说，这些药物由一些特殊的材料的制成。近年来，随着纳米技术的快速发展，此类型药物的开发逐渐成为现实。

这些药物可以准确找到患者体内的病变点，并且在发挥药效的同时将病变点可视化以帮助医生观察病情（通过光学光谱分析法学或广泛使用的磁共振成像方法）。科学家称，该类制成药物不会对患者的身体产生负面影响，在治疗期间病人也不易产生不适感。

在研发此类药物的过程中除了重视药物的成分，还有非常重要的根本问题。例如，在考虑药物成分的有效性时必须同时考虑用于制药的纳米颗粒大小对其有效性的影响。

圣彼得堡大学的科学家研究了含有钠和钇氟化物以及稀土元素的纳米粒子——这些物质具有化学惰性并且属于不溶性物质，因此对人体并不会造成伤害。此外，这些元素所具备的发光特性更为明显（荧光），因此可以用作使用发光显微镜过程中所需的染料，或其它医疗目的（例如，用于肿瘤的非侵入性诊断）。

近日，由圣彼得堡国立大学激光化学和激光材料科学系副教授、化学博士安德烈·梅列先科领导的研究团队通过添加不同的稀土盐类元素合成了数十种成分不同的化合物。这些化合物可作为实验材料用于开展下一步的分析工作。科学家们结合了元素周期律来阐述这些化合物性质的基本特点，该周期律由圣大著名校友门捷列夫于1869年发现，现已成为圣彼得堡国立大学化学科学学院在进行研究时采用的经典方法。

此前，来自圣彼得堡国立大学的多名化学家合成了一些可发光的全新纳米粒子，它们可以应用于激光显微镜的使用过程中，并且可以在结合对比方法的情况下进行疾病类型的诊断。这些纳米颗粒通过向稀土金属（钇和铕）添加钆离子制成。

得益于此次研究科学家们合成了尺寸为 80 至 1100 纳米（一纳米等于十亿分之一米）的颗粒。 值得注意的是，颗粒的尺寸和形状直接取决于稀土元素离子的性质。 但它们之间的关系是非线性的，也就是说，如果按照从左到右的顺序逐一添加元素周期表中镧系元素的前一部分（从镧到钆，周期表中的第 57-64 个元素），则得到的粒子尺寸会相应逐渐缩小。但如果添加的是镧系元素的后一部分（从钆到镥，周期表中的第 57-64 个元）中的元素，则粒子会增大。除此之外，所有颗粒都为六棱柱，其直径与高度的比率也由稀土离子的性质决定，这确保了根据应用药物的不同，粒子的几何参数可以发生变化。

目前，该团队仍在从事该项工作，旨在进一步优化多功能粒子的定向合成过程，这类粒子能够不受紫外线辐射、电磁场或其他干扰（发光）影响发光，并用作磁共振对比剂。

《生意人报》访谈实录｜圣彼得堡国立大学激光化学和激光材料科学系副教授、化学博士安德烈·梅列先科。

什么是治疗诊断学？

治疗诊断学是一门新兴医学领域。其名称由“治疗”和“诊断”两个词组成，这体现了研究人员的努力目标，即研究开发能够同时诊断疾病和治疗的物质。

在治疗过程中不同的药物上是如何发挥自己的功效呢？

治疗诊断制剂的化学特性各不相同，但它们的共同点是可以同时发挥治疗和可视化的作用。从治疗作用的角度来看，此类化合物或含有它们的药物能够基于细胞这一单位针对病变部分发挥疗效。 例如，杀死癌细胞。 为了实现这种目的，化合物本身或其活性化学成分能够对病变细胞内发生的生物化学反应产生影响。 符合这种情况的化合物有“铂类化合物”，该物质对癌细胞具有毒性作用。 除此之外，还有一种可以对有害细胞造成物理损坏的化合物。 此类物理损坏可能是由放射性同位素的辐射引起的，也可能是某些化合物在受到特定波长的光照射后产生的热量带来的损伤。 至于药物在可视化方面作用，我们可以通过在荧光标记技术或磁共振对比试剂中应用此类药物，以实现诊断过程中的可视化。荧光标记技术可以使机体的病变区域“发出荧光”，而磁共振对比剂可以让我们通过磁共振成像技术生成人体结构的三维图像。 这些技术都可以避免传统外科方法带来的创伤。

如何制备此类纳米粒子？

此类化合物的开发是一个复杂的物理化学过程。 如果我们要在细胞这一单位应用此类物质，那么就对其尺寸具有严格要求，必须控制在纳米或微米范围之内。 纳米粒子的合成需要经历几个不同的阶段，并且在合成过程中对所使用的不同试剂纯度和合成环境有严格要求，因为受不同条件影响，在该过程中纳米粒子会具备不同的功能特性。而影响粒子具备不同功能特性的关键因素在于引入不同的化学成分。 例如，为了制造用于 磁共振对比剂的粒子，可以将钆离子添加到化合物中，而为了使粒子具备发光特性，可以在其中加入铕或铽离子。 除了上述举例之外， 寻找有效的添加成分及其最佳的添加剂量一直是开展基础性和应用性研究工作的重要部分。

为什么圣彼得堡大学的学者选择通过氟化钇钠以其他及稀土元素制备纳米粒子？

在开发治疗诊断相关药物时，氟化钇钠经常会被作为固体基质，该化合物具有甘氨酸片中的硬脂酸镁的类似的作用。简单来说，我们通常为了便于服用药物，会将少量活性物质氨基酸加入不具备活性成分的片剂中，而这种非活性成分本身不具备疗效，也不会对身体造成影响。 因此在我们的研究中，氟化钇钠被用作承载关键化学成分的载体。 而药物中关键的成分是稀土离子。 我们研究的目标是解决如何基于这种载体制备出相关治疗诊断药物，即添加离子的性质和数量与所得纳米颗粒的尺寸和形态之间的关系。 解决这个问题对于药物制备至关重要，因为这可以帮助我们在合成之前预先判断颗粒的大小和形状。

目前研究工作进展如何？

目前我们已经针对两类粒子开展了研究。 它们都以氟化钇钠为基质，并添加了不同的稀土元素离子。 这两类别之间的差异在于添加离子的数量。 在此次纳米粒子的制备过程中我们采用了水热法，也就说将用于合成作用的化学成分制成水溶液在室温下搅拌，然后将其放入高压釜中，逐渐升高容器内压力以及温度，整个过程大约持续一天，便可获得无色纳米粉末，然后就可以通过仪器方法对粉末颗粒展开进一步研究。 此次研究的目标是收集颗粒成分与其尺寸形态之间关系的数据，因此此次工作关键在于使用扫描电子显微镜或进行X射线衍射分析对粒子进行观察。 这些分析工具可以我们判断颗粒的尺寸和形状以及其晶体的结构特征。

研究工作目前得出了什么结论？

在对此次研究过程中制成的粒子展开分析后发现，它们的尺寸均在80至1100纳米之内，而粒子的具体尺寸和形状则直接取决于稀土元素离子的性质。 除此之外我们发现，它们之间的关系是非线性的，如果按照从左到右的顺序逐一添加元素周期表中镧系元素的前一部分（从镧到钆），则得到的粒子尺寸会相应逐渐缩小。但如果添加的是镧系元素的后一部分（从钆到镥）中的元素，则粒子会增大。 除此之外，所有颗粒都为六棱柱，其直径与高度的比率也由稀土离子的性质决定，这使得在开发于不同药物时，纳米颗粒的几何参数可以发生变化。

这些数据将如何在医学领域中应用？

T所取得研究结果对于研究如何通过稀土离子和氟化钇钠制备治疗诊断药物以及明确各成分最佳配比具有重要意义。也就是说，从事医学材料科学领域的研究人员可以利用这些数据制备相关药物并通过测试不断优化药物配方。