本发明涉及太赫兹成像技术，属于生物医学领域，具体来讲，本发明涉及一种能够提高太赫兹成像对比度的具有表面等离共振效应的太赫兹成像对比度增强剂及其制备方法。
背景技术：
现有的疾病监测手段—x射线成像等对人体的辐射损伤较大，另外，它所使用的碘制造影剂、硫酸钡等也存在明显的副作用。因此，发展新型、更安全的生物成像方式具有重要的科学意义和应用价值。近年来发展的太赫兹(terahertz，可简称为thz)成像充分利用thz黑体温度低、光子能量小、不会因为光致电离而破坏被检测物质的特性，安全地进行生物医学检测和诊断，而且thz具有高透性、无损性以及大多物质在thz波段都有指纹谱等特性，使thz成像相比其他成像方式更具优势。
目前，thz成像可运用于活体表皮成像、蛋白质分析鉴定、癌症诊断等生物医学领域，尽管thz生物成像相比其他成像方式更具优势，但由于太赫兹对水具有强烈的吸收，对活体进行thz成像时，由于体内含水量等的制约，造成thz成像对比度严重降低，从而限制了thz成像在活体医学成像诊断领域的应用。如何减少活体内水含量的影响，而且在对生物体或活体(例如，人体)无害的情况下，提高thz成像的对比度，实现安全、科学、可靠的thz活体成像，是本发明致力解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够增强生物体或目标活体内病灶区域的太赫兹成像对比度的增强剂。本发明的另一目的在于提供一种基于具有表面等离共振效应的无机纳米颗粒的太赫兹成像对比度增强剂，从而减少目标活体(例如，人体)体内水含量对太赫兹成像的影响，进而增强太赫兹成像对比度。
本发明的一方面提供了一种具有表面等离共振效应的太赫兹成像对比度增强剂的制备方法。所述方法包括以下步骤：制备具有表面等离共振效应的无机纳米颗粒，并控制所述无机纳米颗粒的共振吸收峰在650nm～1300nm范围内；对所述无机纳米颗粒进行太赫兹反射测试，以确定所述无机纳米颗粒的具有期待的太赫兹反射增强效果的浓度范围；对所述无机纳米颗粒进行表面修饰处理，以提高其稳定性和生物亲和性；将与目标活体的待检测区域对应的靶向官能团结合至经表面修饰处理的无机纳米颗粒，制得具有表面等离共振效应的太赫兹成像对比度增强剂。
在本发明的方法的一个示例性实施例中，所述无机纳米颗粒可以为纳米金颗粒、纳米银颗粒、纳米金银复合颗粒、纳米四氧化三铁颗粒、纳米氧化钆颗粒中的一种或多种。此外，所述制备无机纳米颗粒的步骤可将无机纳米颗粒的共振吸收峰控制在750nm～850nm范围内。
在本发明的方法的一个示例性实施例中，所述制备无机纳米颗粒的步骤还可包括控制所述无机纳米颗粒的形貌为棒状或球状，并且可将棒状无机纳米颗粒的长度控制为30nm～100nm，且长径比为1.5～5：1；可将球状无机纳米颗粒的粒径控制为3nm～60nm。
在本发明的方法的一个示例性实施例中，所述表面修饰处理的步骤包括利用硅源水解产生带正电荷的硅离子与经过碱处理表面带负电的无机纳米颗粒静电结合，实现在无机纳米颗粒表面修饰一层二氧化硅颗粒，其中，所述静电结合的溶液环境的ph调节为10～11，无机纳米颗粒与硅源的配比为3.5～10：1。
本发明的另一方面提供了一种具有表面等离共振效应的太赫兹成像对比度增强剂。所述太赫兹成像对比度增强剂包括无机纳米颗粒、表面修饰官能团和靶向官能团，其中，所述无机纳米颗粒具有在650nm～1300nm范围内的共振吸收峰；所述表面修饰官能团结合在无机纳米颗粒表面；所述靶向官能团与无机纳米颗粒结合并能够主动向目标活体的待检测区域移动。所述无机纳米颗粒可以为纳米金颗粒、纳米银颗粒、纳米金银复合颗粒、纳米四氧化三铁颗粒、纳米氧化钆颗粒中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下方面中的一种或多种：
1、本发明的太赫兹成像对比度增强剂，具有在thz频段的趋肤深度很浅，且对thz波高度反射的性质，而且具有较好的生物相容性，对生物体(例如，人体)无毒、无害，因此可以深入生物体(例如，人体)内部，利用其在外加光激励条件下的表面等离共振效应来达到增强thz成像对比度的效果。
2、本发明能够实现靶向的thz成像对比度增强剂的运输，能选择性的对活体各组织进行thz成像观测，具有重要的临床诊断意义。
3、本发明实现了安全、科学、可靠的thz活体成像，使生物体(例如，人体)免受x射线成像的损害，这对于生物医学的发展与人类的健康都具有重要的现实意义。
附图说明
图1示出了本发明的一个示例性实施例的纳米金颗粒的透射电子显微镜(tem)图；
图2示出了经二氧化硅包覆处理后的纳米金颗粒的透射电子显微镜(tem)图；
图3示出了本发明的一个示例性实施例的纳米金颗粒在不同红外激发功率下的太赫兹反射图。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的具有表面等离共振效应的太赫兹成像对比度增强剂及其制备方法。
在本发明的一个示例性实施例中，具有表面等离共振效应的太赫兹成像对比度增强剂的制备方法可包括以下步骤：
(1)具有表面等离共振效应的无机纳米颗粒的制备
制备具有表面等离共振效应的无机纳米颗粒，并控制所述无机纳米颗粒的共振吸收峰在650nm～1300nm范围内。例如，可将无机纳米颗粒的共振吸收峰控制在750nm～850nm范围内。进一步地，可将无机纳米颗粒的共振吸收峰控制在780nm～820nm范围内。
无机纳米颗粒可以为纳米金颗粒、纳米银颗粒、纳米金银复合颗粒、纳米四氧化三铁颗粒、纳米氧化钆颗粒中的一种或多种。无机纳米颗粒的形貌可以为棒状或球状，并且可将棒状无机纳米颗粒的长度控制为30nm～100nm，且长径比为1.5～5：1；将球状无机纳米颗粒的粒径控制为3nm～60nm。进一步而言，可将棒状无机纳米颗粒的长度控制为40nm～60nm，且长径比为2～4：1；将球状无机纳米颗粒的粒径控制为5nm～10nm。
(2)确定无机纳米颗粒的浓度范围
对无机纳米颗粒进行太赫兹反射测试，以确定无机纳米颗粒的具有期待的太赫兹反射增强效果的浓度范围。这里，所述具有期待的太赫兹反射增强效果可以为足以将目标活体的病灶区域的太赫兹成像与正常组织的太赫兹成像区分的程度。例如，所述具有期待的太赫兹反射增强效果可以为能够区分活体目标的正常温度组织的太赫兹成像以及高于该正常温度组织0.5℃～5.5℃的组织区域的太赫兹成像的程度。
例如，无机纳米颗粒的浓度范围可以控制为65μg/ml～2mg/ml，从而能够有效区分病灶区域(例如，42℃)与正常组织的太赫兹成像结果。
(3)表面修饰处理
对无机纳米颗粒进行表面修饰处理，以提高其稳定性和生物亲和性。例如，可以采用二氧化硅或二氧化钛对无机纳米颗粒进行包覆处理。
在无机纳米颗粒表面修饰二氧化硅，可通过硅源的水解反应来实现。硅源水解产生带正电荷的硅离子与经过碱处理表面带负电的无机纳米颗粒静电结合，从而实现在无机纳米颗粒表面修饰一层二氧化硅颗粒。其中，碱处理后溶液的ph调节为10～11，无机纳米颗粒与硅源的配比可以为3.5～10：1。图2示出了经二氧化硅包覆处理后的纳米金颗粒的透射电子显微镜图片。
(4)靶向处理
将与目标活体的待检测区域对应的靶向官能团结合至经表面修饰处理的无机纳米颗粒上，制得具有表面等离共振效应的太赫兹成像对比度增强剂。例如，靶向官能团可选自与病灶区域对应的聚合物胶束、脂质体、抗体、树状大分子等。
以下给出采用棒状纳米金颗粒制备具有表面等离共振效应的太赫兹成像对比度增强剂的一个示例。
称量5.7mg硼氢化钠(nabh4)，溶于冰浴冷却的15ml去离子水中，备用；称量0.36g十六烷基三甲基溴化铵(ctab)溶于10ml去离子水中，将其置于恒温磁力搅拌器上进行缓慢搅拌溶解，温度设置为30℃，待溶液变成无色后加入0.05ml，1％的四氯金酸(haucl4)，然后迅速加入0.6ml上述制得的nabh4溶液，剧烈搅拌2min后，放置2h备用，记为溶液a。
种子溶液的制备：制备10ml，0.1mol/l的十六烷基三甲基溴化铵(ctab)溶液，向其加入0.85ml，1％的氯金酸(haucl4)溶液，缓和搅拌，后迅速加入0.6ml，0.01mol/l冰浴冷却的硼氢化钠(nabh4)溶液，剧烈搅拌2min后，放置2h备用。
称量6.8mgagno3溶于10ml去离子水中，备用；称量0.07g丙烯酸(aa)溶于5ml去离子水中，备用；称量0.36gctab溶于10ml去离子水中，将其置于恒温磁力搅拌器上进行缓慢搅拌溶解，温度设置为30℃，待溶液变成无色后加入0.1ml，1％的haucl4，在缓慢搅拌下，依次加入0.015ml硝酸银(agno3)溶液，0.07mlaa溶液，最后加入0.018ml溶液a，室温遮光放置24h后。
生长溶液的制备：制备10ml，0.1mol/l的十六烷基三甲基溴化铵(ctab)溶液，向其加入0.15-0.25ml，0.004mol/l的硝酸银(agno3)溶液和0.17ml，1％的氯金酸(haucl4)溶液，缓和搅拌，后加入70μl，0.0788mol/l抗坏血酸(aa)溶液，缓和搅拌。
合成金纳米棒颗粒：将24μl种子溶液加入上述生长溶液中，于27-30℃下静止生长24h可得。
图1示出了纳米金颗粒的透射电子显微镜图片。测定其紫外-可见光吸收光谱，确定其共振吸收峰位于800nm附近。然后测试其thz反射情况，根据测试结果，确定的纳米金棒浓度可以为1.8mg/ml，从而能够具有良好的太赫兹发射效果。图3示出了纳米金颗粒在不同红外激发功率下的太赫兹反射效果示意图。
对所制得的800nm的确定浓度的纳米金棒进行细胞毒性培养，根据实验的结果，对纳米金棒进行表面改性修饰，提高其稳定性和生物相容性，例如通过在纳米金棒表面包覆聚二甲基二烯丙基氯化铵(pddac)来提高纳米金棒的稳定性，其具体步骤可以为：在烧杯中加入一定量的去离子水，将其放置于恒温磁力搅拌器上，然后缓慢加入过量的pddac，接着加入一定量上述纳米金棒溶液，在室温下持续搅拌1～2h，最后离心去除过量的pddac。
在提高了纳米金棒的稳定性和生物相容性后，再在其表面修饰与目标活体的待检测区域对应的靶向的高分子聚合物，使其具有靶向运输功能。通过靶向处理，能够有效将纳米金棒运输到活体的待检测区域(例如，待检测组织或脏器)，从而实现直接对该活体的待检测区域的太赫兹成像效果进行增强，以供thz成像观测。
在本发明的另一个示例性实施例中，具有表面等离共振效应的太赫兹成像对比度增强剂可包括无机纳米颗粒、表面修饰官能团和靶向官能团。其中，无机纳米颗粒具有在650nm～1300nm范围内的共振吸收峰；表面修饰官能团结合在无机纳米颗粒表面；靶向官能团与无机纳米颗粒结合并能够主动向目标活体的待检测区域移动。
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。