磁性、声学和光学三响应性微泡，用于磁性高温和波托托热组合癌症治疗

该协议对于改善纳米药物后递送和纳米颗粒在癌症治疗中的抗癌疗效具有很大的希望。该技术将磁、声和光学响应协同到一个纳米治疗平台中，用于控制和靶向递送纳米医学，并促进光热和磁热疗的结合。演示该程序的是 Siyu Wang，一种用于磁热疗的磁性、声学和光学三重响应微泡，也是我实验室的光热联合癌症治疗研究员。

为了形成纳米颗粒带壳的微泡，将磁性氧化铁纳米颗粒均匀分散在去离子水中，生成每毫升 10 毫克的储备溶液，并将纳米颗粒溶液装入超声波清洗机中 20 分钟。超声处理结束时，在 1.5 毫升离心管中加入 150 微升去离子水、150 微升 10 毫摩尔十二烷基硫酸钠和 400 微升超声处理的氧化铁纳米颗粒溶液。接下来，用脚手架将均质器固定在冰浴中，然后将纳米颗粒溶液放入冰浴中。

将均质器探针浸入纳米颗粒溶液中，并以每分钟 20， 000 转的速度将悬浮液均质化 3 分钟。均质化结束时，让溶液在室温下稳定 12 小时，然后将试管放入磁性支架中，以将纳米颗粒带壳的微泡吸附到管壁上。用 1 毫升新鲜去离子水更换上清液 3 次，以洗涤纳米颗粒带壳的微泡。

最后一次洗涤后，轻轻摇晃试管，将 10 微升纳米颗粒带壳微泡转移到干净的载玻片上。使用荧光显微镜和 20 倍放大倍率对纳米颗粒带壳的微气泡进行成像。成像后，在显微镜软件中打开图像，用尺子设置一条与尺子长度相同的红线。

单击"设置和缩放"以输入尺子的长度，并在至少 200 个单个微气泡的直径处绘制相同长度的线条。然后点击 报告 和 查看报告。为了测量微气泡的声学响应，在 1.5 毫升试管中的 800 微升去离子水中稀释 200 微升纳米颗粒带壳微泡，并连接函数发生器、放大器、阻抗匹配和自制聚焦传感器。

将换能器放在人工长方体水槽底部的中央，并将水听器与示波器连接，以监测输出的超声强度。加入足够的去离子水以浸没传感器并将函数发生器调整到扫描模式。调谐 10 至 900 kHz 的频率范围，并将幅度设置为 20 电压峰峰值。

使用放大器将超声波的功率调节到 0.1%，将循环持续时间调节到 4 秒，时间间隔为 1 秒。将纳米粒子管放入自制聚焦传感器顶部的支架中，并将磁铁连接到管的底部。打开函数发生器和放大器电源。

5 次 25 秒的超声波循环后，关闭函数发生器并取下磁铁。然后用 1 毫升去离子水替换纳米颗粒溶液，并重复超声和处理。要设置激光器以对微泡进行光学处理，请先打开激光电源。

几分钟后，将光纤耦合的 808 纳米半导体激光管固定在蒸馏架上，并使用光纤将激光束引导至样品台。使用凸透镜聚焦在样品台上，以获得直径为 6 毫米的光斑，并使用激光功率计测量功率输出。然后将功率调整为每平方厘米 1 瓦。

要进行光热测量，请在单独的 1.5 毫升离心管中制备 1 毫升体积的不同浓度的氧化铁纳米颗粒，并将第一根管子放在激光束的聚焦区域。记录样品的基线温度并打开激光和红外热像仪。连续照射样品 10 分钟，同时实时记录温度。

然后关闭激光器和相机，等待该区域的温度恢复到基线水平，然后再以相同的方式测量其他样品浓度。对于水溶液中的磁热疗测量，如图所示制备不同的氧化铁纳米颗粒稀释液，并将一种稀释液置于水冷磁感应铜线圈的中心。打开交变磁场和红外热像仪，连续诱导样品 10 分钟，同时实时记录温度。

治疗结束时，关闭交变磁场和相机。当铜线圈的温度恢复到基线时，测量下一个样品。纳米颗粒带壳微泡通常呈球形，平均直径约为 5.41 微米。

尽管微泡在长达一年的时间里保持完整，但可以通过增加超声循环次数来实现铁的逐步释放。在水溶液中进行氧化铁纳米颗粒介导的光热测量显示，氧化铁纳米颗粒温度随时间迅速升高，在每毫升铁浓度为 5 毫克的近红外激光下暴露 10 分钟后，温度升高 30 摄氏度。与对照组相比，当乳腺癌细胞系与高浓度铁一起孵育时，未观察到形态或活细胞数量的差异，表明氧化铁纳米颗粒具有良好的生物利用度。

照射后，纳米颗粒处理的癌细胞呈圆形，活力降低，表明细胞凋亡。照射后 5 分钟，明胶注射区域的温度迅速升高约 20 摄氏度。当暴露于交变磁场疗法时，不同浓度的氧化铁纳米颗粒的热成像揭示了纳米颗粒带壳微泡的交变磁场响应特性。

此外，暴露于交变磁场疗法的小鼠的批发成像显示，在感兴趣区域内温度发生了显着的快速变化。在纳米颗粒溶液搅拌过程中，确保均质器探针保持完全浸入溶液中。该方案还可以实现并改善对肿瘤组织的渗透，以应对癌症治疗中纳米药物递送的挑战。