磁性、声学与光学三重响应型微泡用于磁热与光热联合癌症治疗

该方案在提高纳米药物递送效率及纳米颗粒在癌症治疗中的抗肿瘤效果方面具有广阔前景。该技术将磁响应性、声响应性和光响应性整合于一个纳米治疗平台，实现对纳米药物的可控和靶向递送，并促进光热治疗与磁热疗的联合应用。本实验操作将由我实验室的磁响应、声响应与光响应三重响应性微泡用于磁热疗与光热联合癌症治疗方向的研究人员 Siyu Wang 演示。

为了形成纳米颗粒包壳的微泡，将磁性氧化铁纳米颗粒均匀分散于去离子水中，制备浓度为10毫克/毫升的储备液，并将纳米颗粒溶液置于超声清洗机中处理20分钟。超声处理结束后，在1.5毫升离心管中加入150微升去离子水、150微升10毫摩尔的十二烷基硫酸钠以及400微升经超声处理的氧化铁纳米颗粒溶液。接着，将匀浆器固定在支架上并置于冰浴中，然后将纳米颗粒溶液放入冰浴内。

将匀浆探针浸入纳米颗粒溶液中，在20,000转/分钟的条件下匀浆3分钟。匀浆结束后，将溶液在室温下静置12小时使其稳定，然后将离心管置于磁力架上，使包覆纳米颗粒的微泡吸附至管壁。用1毫升新鲜去离子水更换上清液，重复洗涤3次，以清洗包覆纳米颗粒的微泡。

最后一次洗涤后，轻轻振荡离心管，将10微升纳米颗粒包膜微泡转移至洁净的玻璃载片上。使用荧光显微镜在20倍放大倍数下对纳米颗粒包膜微泡进行成像。成像后，在显微镜软件中打开图像，使用标尺工具绘制一条与标尺长度相同的红色直线。

单击“设置”和“缩放”以输入标尺长度，并在至少200个单个微泡的直径位置绘制相同长度的线段。然后单击“报告”并查看报告。为测量微泡的声学响应，将200 µL纳米颗粒包膜微泡稀释于800 µL去离子水中，置于1.5 mL离心管内，并连接信号发生器、放大器、阻抗匹配器及自制聚焦换能器。

将换能器置于人工长方体水槽底部中央，将水听器连接至示波器以监测输出的超声波强度。加入足够的去离子水以浸没换能器，并将函数发生器调至扫频模式。调节频率范围为10至900千赫兹，将振幅设为20伏峰值（峰-峰值）。

使用放大器将超声波功率调节至0.1%，循环持续时间为四秒，间隔时间为一秒。将纳米颗粒管置于自制聚焦换能器顶部的支架上，并将磁铁固定在管的底部。打开信号发生器和放大器电源。

经过五次25秒的超声波循环后，关闭信号发生器并移除磁铁。然后将纳米颗粒溶液替换为一毫升去离子水，并重复超声波处理和治疗。为设置用于微泡光学治疗的激光器，首先打开激光电源。

数分钟后，将一个光纤耦合的808纳米激光二极管固定在铁架台上，并使用光纤将激光束引导至样品台。利用凸透镜聚焦于样品台，形成直径为六毫米的光斑，并用激光功率计测量输出功率。然后将功率调节至每平方厘米一瓦。

进行光热测量时，将不同浓度的氧化铁纳米颗粒分别配制成1毫升体积，置于各1.5毫升离心管中，并将第一支离心管放置于激光束聚焦区域。记录样品的基线温度，然后开启激光器和红外热成像相机。持续辐照样品10分钟，同时实时记录温度变化。

然后关闭激光器和相机，等待该区域温度恢复至基线水平，再以相同方式测量其他样品浓度。进行水溶液中的磁热疗测量时，按示例制备不同浓度的氧化铁纳米颗粒稀释液，并将其中一种稀释液置于水冷式磁感应铜线圈的中心。开启交变磁场和红外热成像相机，持续激发样品10分钟，同时实时记录温度变化。

治疗结束后，关闭交变磁场和相机。当铜线圈的温度恢复至基线水平时，测量下一个样品。纳米颗粒包覆的微泡通常呈球形，平均直径约为 5.41 微米。

尽管微泡可保持完整长达一年，但通过增加超声处理的循环次数，可实现铁的逐步释放。在水溶液中，氧化铁纳米颗粒介导的光热测量显示，随着近红外激光照射时间的延长，氧化铁纳米颗粒的温度迅速升高；在铁浓度为5毫克/毫升的条件下，照射10分钟后温度升高了30摄氏度。与对照组相比，当乳腺癌细胞系在高浓度铁条件下孵育时，其形态或活细胞数量均未观察到差异，表明氧化铁纳米颗粒具有良好的生物可利用性。

照射后，经纳米颗粒处理的癌细胞形态变圆，且活力下降，表明发生凋亡。照射5分钟后，明胶注射区域的温度迅速升高约20摄氏度。当暴露于交变磁场治疗时，对不同浓度的氧化铁纳米颗粒进行热成像，显示出具有纳米颗粒包壳微泡特征的交变磁场响应。

此外，对暴露于交变磁场治疗的小鼠进行整体成像，可揭示目标区域内显著且快速的温度变化。在搅拌纳米颗粒溶液过程中，须确保匀浆器探头完全浸没于溶液中。该方案还可实现并改善纳米药物向肿瘤组织的渗透，以应对癌症治疗中纳米药物递送所面临的挑战。