基于碳納米管的高性能核磁共振造影劑研究進展

柳月，邱介山

大連理工大學遼寧省能源材料化工重點實驗室暨精細化工國家重點實驗室，大連 116024

*紀念X射線發現120周年專題*

基于碳納米管的高性能核磁共振造影劑研究進展

柳月，邱介山

大連理工大學遼寧省能源材料化工重點實驗室暨精細化工國家重點實驗室，大連 116024

碳納米管是一種具有獨特結構和性能的一維納米材料，已在生物醫藥和基因傳輸及生物醫學成像等方面顯示出重要的應用前景。本文介紹由釓及磁性氧化鐵納米顆粒修飾的新型碳納米管造影劑的制備及應用，其中，釓螯合物、釓催化生長的碳納米管及釓納米管作為T1權重核磁共振造影劑，而鐵催化生長的碳納米管和超順磁性氧化鐵納米顆粒修飾的碳納米管作為T2權重核磁共振造影劑。這二種類型的造影劑均具有良好的生物相容性，在體外和體內MRI測試中顯示出較高的成像對比度。

碳納米管；核磁共振；造影劑；磁性顆粒

磁共振成像 (Magnetic resonance imaging, MRI) 是一項先進的醫學影像診斷技術，利用生物體不同組織在外磁場的影響下會產生不同的共振信號來成像，信號的強弱取決于生物體組織內水的含量、水分子中質子的弛豫時間、血液和腦脊液的流動、順磁性物質和蛋白質，目前已廣泛應用于人體的頭部、神經系統、腹部以及血管的造影，對檢測組織壞死、局部缺血和各種惡性疾病變尤為有效，并能進行早期診斷。MRI造影劑通過改變體內局部組織中水質子的弛豫速率，以提高不同組織的對比度、清晰度和圖像信噪比，提高MRI診斷的敏感性和特異性，揭示體內器官的功能狀態，有助于病灶的檢出，并且通過病灶增強方式和類型識別幫助定性。目前，世界上約有30%的臨床MRI檢測必須使用造影劑，通過病灶增強的方式和類別進行定性。因此，研制高靈敏度和良好生物相容性的MRI造影劑具有重要意義。目前，造影劑的主要發展趨勢是致力于合成出具有高弛豫率和組織或器官靶向性的造影劑，降低造影劑的用量及減小造影劑的毒性。

造影劑可以按作用機理、構成、體內分布、磁化特性等方式分類。最為常見的是根據作用機理不同，分為陽性造影劑和陰性造影劑。陽性造影劑主要通過縮小水分子的自旋晶格弛豫時間，也就是減小T1值，從而增強了檢測信號的強度，使圖像信號增強，也稱為T1造影劑。Gd3+有7個未成對電子，自旋磁矩大，容易與水配位而弛豫率高，但其本身具有強毒性，需要與螯合劑螯合后才能作為造影劑使用，目前已進入臨床診斷的有Gd-DTPA和Gd-DOTA等[1]。陰性造影劑對T1值影響不大，主要通過縮短水分子的T2值，使成像信號降低，為黯淡的低信號，因此也稱為T2造影劑。最常見的T2造影劑是聚合物保護的超順磁性納米氧化鐵顆粒，如Feridex、Endorem和Resovist這3種已被批準在臨床上應用于肝臟MRI的T2造影刻。此外，還可以將MRI造影劑按體內分布分為細胞外造影劑、細胞內造影劑和血池性造影劑，按磁化特性可分為順磁性造影劑和超順磁性造影劑，按電荷分為離子型造影劑和非離子型造影劑以及按金屬元素分為釓造影劑、鐵造影劑、錳造影劑和鏑造影劑等。

碳納米管自1991年被發現以來[2]，因其特異的力學和電學等性質，在世界范圍內受到研究者的廣泛關注。隨結構和性能可精確調控的碳納米管的批量制備以及各類檢測手段的豐富與發展，碳納米管的體內觀測成為可能，并逐漸解決了其安全性的問題，目前，已有大量的關于碳納米管在生物醫學領域的應用研究報導。本文主要介紹碳納米管作為載體在MRI造影劑方面的研究。

1 T1型碳納米管MRI造影劑

造影劑的弛豫率（r1，r2）是以每1 mM的造影劑所增強的順磁弛豫率來計算的，主要用來衡量MRI造影劑的造影性能[3]。弛豫率主要受分子運動影響，對商業化醫用造影劑Gd3+螯合物而言，其尺寸和剛性決定性的作用，目前醫用Gd3+造影劑弛豫率較低，為提高其性能，研究人員嘗試增加造影劑中Gd3+離子的數目，如采用蛋白質[4]、樹狀聚合物[5]、線性聚合物[6]、水溶性富勒烯[7]和膠束結構[8]等大分子載體擔載Gd3+螯合物，發現其性能均有不同程度的提高。

1.1負載型釓基碳納米管MRI造影劑

碳納米管作為載體在藥物緩釋系統[9]、分子探針[10]和生物傳感器[11]等方面顯示出很好的應用潛力，其較大的比表面積有助于功能性基團的擔載，且通過細胞吞噬作用很容易進入到細胞內部，這些特性使研究者逐漸將重點聚焦到基于碳納米管構筑高性能MRI造影劑方面。以硬脂酸為原材料合成的兩親性釓螯合物，以不同濃度負載到多壁碳納米管表面，得到的懸浮液可以穩定存在數天[12]；作為MRI造影劑，在20、300和500 MHz場強下的弛豫率r1在低場下主要與釓螯合物的濃度有關；在300 MHz下的小鼠活體實驗中，將樣品注射到小鼠腿部肌肉后提高了組織間的對比度，可得到清晰的圖像(如圖1所示)。

圖1　注射釓基碳納米管后小鼠腿部肌肉的體內MRI圖像對比圖（左腿白色箭頭為注射釓基碳納米管，右腿黑色箭頭為注射釓螯合物）[12]Fig.1　Coronal in vivo MR image of the muscle of the mouse legs after MWNT/L injection (left leg, white arrow) and lipid L injection (right leg, black arrow)[12]

圖2　磁性熒光多壁碳納米管的合成示意圖[13]Fig.2　Schematic illustration for synthesis of magnetic-fl uorescent MWNT/SiO2/LaF3:Eu:Gd nanohybrids[13]

除前述在碳納米管表面擔載釓螯合物外，還可以采用層層組裝的方法，在多壁碳納米管原位合成銪、釓摻雜的氟化鑭（LaF3:Eu:Gd）納米晶體；將LaF3:Eu:Gd 直接負載到多壁碳納米管表面時，可以觀察到光致發光現象；在多壁碳納米管與LaF3:Eu:Gd的空隙間生長SiO2薄層（如圖2所示），不僅有光致發光現象還可得到磁性熒光多壁碳納米管，這一混合物在水中顯示出了強烈的MRI信號，是很有潛力的MRI-光學成像探針[14]。

1.2填充型釓基碳納米管MRI造影劑

碳納米管作為載體，除表面擔載外，還可以利用其獨特的管狀空腔結構，填充活性物質后得到更穩定的復合物，這意味著碳納米管可用于納米藥物的輸運[15]。研究人員成功將碘化釓填充到碳納米管的管腔中[16]，填充率達到50%以上（如圖3所示）；這種填充方法不僅可以促進釓化物的還原，并且會導致GdI3初始結構的無序化。盡管樣品的填充結構降低了樣品的磁性使磁響應過程不盡如人意，但是依然保留了很強的順磁響應以及6 μB的有效磁矩（如圖4所示）。

圖3　晶體有序填充碳納米管的透射電鏡照片[15]Fig.3　TEM image of a filled CNT section bearing a well-ordered crystallite[15]

圖4　通過居里-外斯擬合后的樣品反向磁化率[15]Fig.4　Curie-Weiss fit to the inverse susceptibility of samples[15]

填充型釓基碳納米管MRI造影劑的制備方法，主要有兩種，一種是前面介紹的在碳納米管管腔中填充Gd元素，另一種則是以元素Gd為催化劑，采用化學氣相沉積法(CVD法)直接生長碳納米管，亦稱之為“bottomup”法[17]。該方法首先使用沉積法制備平均粒徑為1.8 nm的Gd2O3納米顆粒，在化學氣相沉積過程以乙烯作為碳源，釓納米顆粒作為碳納米管五元環和六元環生成的模板，并作為組裝成圓柱形石墨層片-碳納米管的核心[18]，其中釓納米顆粒位于碳納米管的一端[19]。所制備的Gd-SWCNT具有7.29 μB的有效磁矩，并且從低場0.01 MHz到醫學常用的61 MHz均表現出了較高的弛豫率（r1≥ 130mM-1s-1），其T1權重信號強度比醫學常用的釓系造影劑Magnevist高14倍（如圖5所示），而且還可表現出半導體碳納米管所特有的近紅外熒光信號，是一類新型雙效MRI-NIR光學成像造影劑[20]。研究了Gd-SWCNT在小鼠器官、組織、分子和基因層面的藥效，對注射Gd-SWCNT溶液5天后的小鼠體內肺、肝臟、腎臟、腦部及脾臟進行了研究，發現Gd-SWCNT對生物體沒有毒性，適于臨床診斷[21]。

圖5　Gd-SWCNT與Gd-DTPA在T1權重MRI成像中信號增強的對比圖[20]Fig.5　Contrast-enhanced T1-weighted MRI phantom images of Gd-SWCNT (green circle), and Gd-DTPA (Magnevist, purple circle) solutions[20]

1.3釓納米管（Gadonanotubes）MRI造影劑

水合釓離子本身具有毒性且在生理pH范圍內不具有可溶性，因此通常采用螯合[1]或包覆[22,23]的方式式進行處理。然而，此類商業化MRI造影劑不能通過細胞膜滲入到細胞內，與理論值相比，其造影效果較差。如前所述，Gd3+離子與碳納米管的復合為解決細胞攝入、生物相容性以及毒性最小化從而體內排出等難題帶來新的希望。關于在生物醫學領域的應用，碳納米管的長度一直沒有特定的范圍，20-80 nm的超短碳納米管 (US-tubes) 是目前較為常用的對生物體表現出低毒性的碳納米管，也因此衍生出了一類新的釓碳納米管造影劑(Gadonanotubes)。早在2005年，Sitharaman等[24]就報道了在超短單壁碳納米管內部負載并修飾了水合Gd3+離子（如圖6所示），復合物具有線性超順磁性，作為造影劑，其r1弛豫率為173 mM-1s-1，造影性能比當時臨床使用的造影劑高40 - 90倍。

不僅單壁碳納米管可以用來制備釓納米管，Jahanbakhsh等[25]將水合Gd3+團簇負載到氧化多壁碳納米管的缺陷位中，并采用PEG對多壁碳納米管進行功能化以改善樣品的水溶性和生物相容性。此復合物在水及PBS緩沖溶液中均可穩定存在，與商業化造影劑Magnevist相比，即使Gd3+的濃度降低一半，其信號強度仍然高10 %，彰顯碳納米管作為載體用于Gd元素MRI造影劑方面的優越性。

Ma等[26]使用X射線吸收光譜研究了釓納米管，從結構的角度分析釓納米管作為MRI造影劑具有高性能的原因。分析表明Gd3+離子在第一配位層上被9個氧離子包圍（如圖7所示），其中包含距離Gd3+離子2.24 ?的3個O2-離子，2.41 ?的6個O2-離子，通過溶液中 -(OH) 或-(OH2) 配位體的形成進行質子的修飾，其中微小的Gd3+離子位、短的Gd-O鍵和Gd-H鍵是大量水合配位產生的原因，同時也是釓納米管在水溶液中表現出高弛豫率的關鍵因素。

圖6 （a）超短碳納米管擔載水合Gd3+離子示意圖；（b）Gd3+n@ US-tubes的高清透射電鏡照片;（c）在1%的SDBS表面活性劑溶液中Gd3+n@US-tubes的低溫透射電鏡照片[24]Fig.6　(a) Depiction of a single US-tube loaded with hydrated Gd3+ions. (b) HRTEM image of the Gd3+n@US-tubes. (c) Cryo-TEM image of Gd3+n@US-tubes from a 1% SDBS surfactant solution[24]

圖7　溶液和溶質相互作用示意圖[26]Fig.7　Schematic of solvent and solute interaction[26]

2014年，Tran等[27]將釓納米管用于實際的體內測試中，為釓納米管的臨床應用提供了有力的證明。在研究中，衡量了細胞心肌成型術中移植成人間質干細胞過程，使用釓納米管通過外加磁場可以提高細胞的停留時間。作為高效的MRI細胞標記組分，將其置入間質干細胞中使其具有磁性。首先在體外的細胞實驗中定性分析施加磁場對于釓納米管標記的間質干細胞(GNT-labeled MSCs)細胞停留時間的效果，隨后通過幼豬體內心外膜細胞注射研究了在1.3 T環形磁鐵下的性能。發現在注射釓納米管后，外圍磁鐵的作用使細胞停留時間提高了約3倍，證明了使用釓納米管作為輔助性的磁性材料在細胞心肌成型術中移植成人間質干細胞過程提高細胞停留時間的價值以及可行性。

2 T2型碳納米管MRI造影劑

納米氧化鐵顆粒作為MRI造影劑和癌癥磁熱療介質備受關注[28,29]，可通過原子核之間的能量轉換減輕質子自旋所引起的滯后，進而縮短自旋弛豫時間 (T2)，從而形成影像對比。

2.1填充鐵催化劑的碳納米管MRI造影劑

用CVD法制備碳納米管時，多數使用鐵為催化劑，所制備的碳納米管管腔內殘留著碳納米管生長過程中所使用的催化劑，而使用的商業化碳納米管則是通過純化去除催化劑后所得純度> 90 %的碳納米管。研究發現，基于管腔內存在的鐵元素，可以直接使用未經純化的碳納米管作為MRI造影劑，Choi等人在2007年首先對此進行了探索[30]，他們選擇以鐵為催化劑生長的單壁碳納米管，用低聚核苷酸進行包覆，發現這種DNA包覆的碳納米管在末端連接著3 nm的顆粒，顆粒含量為35 wt%，具有56 emu/g的飽和磁化強度；由于磁性組分的粒徑較小，因此比常見的順磁性顆粒有較長的自旋弛豫時間（T2~ 164 ms），之后，采用MRI和近紅外成像觀測了巨噬細胞對這種DNA包覆的雜化物的吞噬過程，表明此類物質在多模式生物醫學成像領域有很好的應用潛力。

在上述工作基礎上，Ananta等人[31]對單壁碳納米管進行了不同程度的處理，比較了處理前后單壁碳納米管的弛豫率變化；先用Br2純化處理商業化單壁碳納米管（r-SWNT，Fe含量為17 %），得到純單壁碳納米管（p-SWNT，Fe含量為6 %），之后通過氟化熱解作用將其切割，得到超短單壁碳納米管（US-tubes，Fe含量為0.6 %）。發現不論是含鐵催化劑的超順磁性單壁碳納米管，還是US-tubes，均有較高的弛豫率，可作為新型的MRI造影劑使用。長度小于100 nm的US-tubes，在37oC下T2弛豫時間為31.7 ms，在使用MRI對分子和細胞尺度成像方面顯示出很好的應用前景。

雖然單壁碳納米管在MRI造影劑方面表現出良好的性能，但其水溶性和生物相容性較差，需要采用表面修飾的方法加以改進。常用的修飾物包括表面活性劑[32]、聚合物[33]、DNA低聚核苷酸[34]和蛋白質[35]等。眾所周知，單壁碳納米管的表面修飾對其近紅外熒光特性有較大影響，Hong等[36]對此進行了系統研究，他們使用離子表面活性劑和非離子表面活性劑對SWNTs進行修飾（如圖8所示），其中使用離子表面活性劑所形成的足夠緊致的膠束結構會將水質子與SWNTs尾部連接的鐵催化劑部分隔離，研究了在納米管溶液中非離子聚合物對離子表面活性劑逐步取代過程中在表面改性方面的競爭性。發現在取代過程中，樣品的T2弛豫率并沒有提高，說明非離子聚合物并沒有在膠束結構中取代離子表面活性劑直接與SWNTs表面相互作用，而是纏繞在了膠束的外側從而形成了小型的納米管束。

圖8　離子型表面活性劑（上）和非離子表面活性劑（下）修飾的SWNTs[36] Fig.8　Schematic of SWNTs functionalized by ionic surfactants (top), which form a micelle structure, and by nonionic polymers (bottom)[36]

如前所述，單壁碳納米管在生長過程所連接的金屬催化劑使其在近紅外區域具有熒光性以及T2權重MRI造影效果，對其進行適當的修飾可作為探針用于生物醫學成像，而無需額外的標記過程[37]。使用近紅外產生的熱量切除癌細胞的光熱治療方法，是一類新開發的癌癥治療策略，而SWNTs因其近紅外吸收率高成為了光熱治療方法中有效的光吸收介質。PEG修飾的SWNTs作為成像和治療合二為一的介質應用到動物腫瘤切除手術中，通過熒光和MRI成像可清晰觀察到SWNTs的轉移過程（如圖9所示），使用近紅外激光照射可以有效切除淋巴結中的腫瘤和癌細胞，首次證明了基于納米技術成像引導的光熱治療方法的可行性[38]。

圖9　注射PEG修飾的SWNTs后，在不同時間拍攝的小鼠MR圖像[38]Fig.9　MR imaging of a tumor-bearing mouse taken at different time points after injection with PEGylated SWNTs solution into the foot sole[38]

碳納米管除用于MRI造影劑外，還可用于修飾藥物。Xie等[39]采用微波處理方法，以鐵為催化劑在載藥的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)顆粒上原位催化生長碳納米管，得到以PLGA為藥物載體、以磁性碳納米管為MRI造影劑的復合物（如圖10所示），奇特刷子狀形貌和納米結構表面使樣品具有很高的生物化學活性。

圖10　磁性碳納米管PLGA復合材料的制備[39]Fig.10　Illustration of the procedure for the CNT–Fe–PLGA particles[39]

2.2負載型鐵基碳納米管MRI造影劑

碳納米管在生物體內的應用及相應的毒性研究一直備受關注，其詮釋需要依賴非解剖型體內觀測技術揭示碳納米管在生物體內的移動及聚集行為和機制。MRI技術有卓越的分辨率、不需要暴露在輻射中且可以在體內快速成像等一系列優點[40]。在碳納米管表面連接MRI造影劑，即可將其應用在非侵入式的體內碳納米管觀測中，碳納米管擔載Gd3+造影劑已經獲得應用[24]，若采用適當的方法將造影劑擔載到碳納米管的表面，可同時起到MRI造影劑及藥物載體的作用，有“一石二鳥”之功效。

Wu等[41]采用溶劑熱方法將Fe3O4原位沉積到碳納米管表面，得到的復合物具有低毒性和175.5 mM-1s-1的T2弛豫率，可通過肝臟和腎臟排出體內，在小鼠肝臟和脾臟的MRI成像中，可顯著降低T2權重的MRI信號（圖11所示）。他們采用類似的方法將CoFe2O4負載到碳納米管的表面，在180oC下能夠使6 nm的CoFe2O4顆粒均勻覆蓋在碳納米管的表面，得到的復合物具有152 mM-1s-1的T2弛豫率；將抗癌藥物阿霉素擔載到復合物表面后，藥物以pH響應的方式進行持續釋放，表明該方法制備的復合物在癌癥檢測治療過程中，不僅有成像作用，同時可作為藥物緩釋載體[42]。Yin等[43]在氧化鐵納米顆粒修飾的碳納米管表面通過化學反應連接了靶向劑葉酸，使復合物成為具有靶向效果的MRI造影劑。總體而言，用溶劑熱方法制備磁性碳納米管復合材料需要嚴格控制反應條件，且顆粒的粒徑不易控制，研究者進而將預先制備的氧化鐵納米顆粒通過靜電引力誘導自組裝[44]或p-堆積[45]等非共價修飾方法[46]擔載到碳納米管表面，或通過酰胺化反應[47]將納米顆粒共價接枝到碳納米管表面。Lamanna等[48]采用配位交換和點擊化學的方法將超順磁性氧化鐵納米顆粒修飾到碳納米管的表面，得到的復合物在腫瘤細胞內部表現出低毒性；MRI成像研究發現，通過操縱遠程磁場，可以是樣品標記的細胞磁性流動，同時在高分辨MRI成像中細胞的對比度提高，達到了單細胞觀測級別。

圖11　靜脈注射MWCNT/Fe3O4后，小鼠肝臟的MRI圖像[41]Fig.11 In vivo T2-weighted MRI images of liver before and after intravenous administration of 2.5 mg Fe per kg body weight of MWCNT/Fe3O4 hybrids[41]

已有研究工作表明，碳納米管擔載的氧化鐵納米顆粒造影劑在MRI成像中有良好的性能，但針對碳納米管對磁性顆粒在造影性能方面的影響、生物體內的毒性及成像測試等方面的研究遠遠不夠，有鑒于此，我們在此方面進行了深入的研究[49]。我們首先采用陽離子聚合物PDDA對酸化處理后的碳納米管進行改性，并在外層負載了具有肝靶向劑的氧化鐵磁性納米顆粒（如圖12所示），制得復合物可以在水中穩定分散，在體外、體內均表現為低毒性，在室溫下表現為超順磁性。測定了樣品在體外的弛豫率，其最小值為186.9 mM-1s-1，是相同測試條件下氧化鐵磁性納米弛豫率的2倍，MWNTs本身并無造影效果，說明將磁性納米顆粒擔載到碳納米管表面之后，顯著提高了磁性納米顆粒的弛豫率，碳納米管可以作為優良的MRI造影劑載體用于生物醫學成像。將復合物注射到小鼠體內后，與注射前細胞對比，腫瘤細胞與肝臟細胞的對比度比注射前增強了270 %以上（如圖13所示），表明復合物是一種非常有潛力的MRI造影劑材料。

圖12　PDDA改性的磁性碳納米管組裝過程[49]Fig.12　Synthesis route for production of MWNTs nanocomposites[49]

圖13　注射復合物前后，小鼠肝臟的體內MRI圖片（其中白色箭頭所指為腫瘤細胞）[49]Fig.13 In vivo MRI images of mouse liver pre- and post-injection of nanocomposites at a dose of 10 mg kg-1 (white arrows indicate tumors) compared to internal standard (water, top right)[49]

為改善碳納米管的生物相容性，上述工作多采用聚合物對其進行修飾。以硅作為涂層修飾碳納米管，不僅可以創造藥物擔載和輸運所需的介孔結構，還可有效隔絕碳納米管和量子點等毒性物質與外界的接觸[50,51]，在樣品與細胞及組織接觸過程中創建了具有更為優異生物相容性的接觸界面。Singh等[52]在擔載了磁性納米顆粒的碳納米管表面覆蓋了介孔SiO2薄層從而增加了生物活性分子的擔載量，增強了樣品的磁性，在體外體內MRI測試中均表現出了優異的磁性能。將其作為治療藥物的載體，不僅有較高的擔載量，而且可以有效擔載遺傳分子siRNA并在一個星期左右將其釋放；在磁場作用下還具有較高的細胞吸收率；表明這種復合物在納米載體和醫學成像方面均有潛在的應用前景。

超順磁性氧化鐵納米顆粒不僅在MRI造影劑方面有良好的性能，在其它的生物醫學成像領域例如單光子發射計算機斷層掃描 (SPECT) 領域亦有廣泛的應用[53]，比如將修飾后的納米顆粒用于SPECT/MRI雙重成像系統[54]。Wang等[55]首次將磁性納米顆粒擔載到碳納米管的表面并作為 MRI/SPECT 的雙重造影劑，樣品在體內MRI測試中具有較高的r2弛豫率，在標記 technetium-99m 之后可以通過 SPECT/CT 成像技術定量的分析樣品在小鼠體內的分布情況，而且在肝臟和脾臟的透射電鏡照片中觀察到碳納米管與磁性顆粒在同一個胞間囊泡中，驗證了樣品在體內的穩定性，彰顯碳納米管在MRI/SPECT雙模式成像系統的造影效果。

3 展 望

癌癥的早期和準確診斷及治療是國內外關注的一個重大課題，核磁共振成像作為無害非侵入性的成像方式已在臨床廣泛應用，生物相容性良好的納米材料的加入可以提供更為精確的清晰圖像，且可以將診斷和治療合二為一，成為一種炙手可熱的癌癥檢測和治療新方法。目前，臨床所使用的MRI造影劑受限于體內分布不理想、金屬轉移反應和低弛豫率等缺點，將碳納米管與造影劑有效結合，將在很大程度上克服MRI造影劑面臨的上述缺點。

本文著重介紹了釓和鐵修飾的碳納米管的制備及其在MRI成像中的應用，經適當處理后，碳納米管可以作為無毒高效的載體用于MRI成像系統中，藥物的擔載緩釋技術使碳納米管載體的應用從診斷向治療拓展。碳納米管本身所具備的光學磁學等特點，使其成為雙模式成像系統中的一類熱門材料。未來的研究工作需要注重發揮碳納米管及其他納米炭材料的獨特本征物理化學性質，并與其良好的藥物載體功能有機融合，這將為生物醫學領域創制出診斷和治療一體化的新結構高性能先進功能材料。

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中國電子學會生命電子學分會信息

中國電子學會生命電子學分會是由電子學、生命科學、醫學界的科技工作者和有關企事業單位自愿結成、依法登記的學術性、非營利性的全國性社團，成立于1988年11月23日，屬于中國電子學會二級分會，是一個全國性的專業學會。

中國電子學會生命電子學分會從電子學角度探討人體生命活動的現象和規律，研究調節生命活動、恢復和增強生命組織功能的電子學原理、技術和方法。側重研究對人體健康進行檢測、監控和調理，以及疾病治療方面的電子學原理和方法；研究醫療器械產業中與電子學有關的核心技術。主要內容有以下幾點：(1)生物醫學工程中的電子學問題；(2)數字化醫學影像學；(3)腫瘤的物理治療與醫學物理學；(4)機器人技術的醫學應用；(5）信息與電子健康。

中國電子學會生命電子學分會的宗旨是團結和組織國內從事生命電子學研究的學者和科技工作者進行學術交流，促進電子學界和醫學界的學術合作，促進醫、工、政、企四界在推進我國醫療器械產業方面的溝通與合作。共同推動學科發展，活躍學術氣氛。生命電子學分會與相近學會（如中國生物醫學工程學會，中國醫療儀器學會等）的學術范圍有銜接、有側重，本分會更注重與人體生命現象有關的醫學電子學學術問題和應用性問題，重視創新，重視開拓新的思想、理論和方法，重視學術與產業的結合。

中國電子學會生命電子學分會的主要任務是開展國內外學術、技術交流；開展繼續教育和技術培訓；普及生命電子學的科學技術知識，推廣生命電子信息技術應用；編輯出版生命電子科技書刊；開展決策、技術咨詢，舉辦科技展覽；研究和推薦生命電子技術標準；接受委托評審生命電子專業人才技術人員技術資格，鑒定和評估生命電子學科技成果；發現、培養和舉薦人才。

中國電子學會生命電子學分會設有4個等級的會員，分別為學生會員、會員、高級會員和會士。已獲得工程師、講師、助理研究員以上職稱，或具有相當上述水平的生命電子信息科技人員均可申請成為中國電子學會生命電子學分會會員，高等院校高年級本科生或研究生可申請位學生會員。

中國電子學會生命電子學分會現在是第六屆委員會，主任委員是北京理工大學副校長趙顯利，秘書處設立于北京理工大學生命學院，秘書長是北京理工大學生命學院院長鄧玉林教授。

（生命電子學分會秘書處供稿）

High performance MRI Contrast Agents Based on Functionalized Carbon Nanotubes

Liu Yue, Qiu Jieshan
Carbon Research Laboratory, Liaoning Key Lab for Energy Materials and Chemical Engineering, State Key Lab of Fine Chemicals, Dalian University of Technology, 116024 Dalian

Carbon nanotubes (CNTs) are one of the most promising 1D nanomaterials with unique morphology and properties, and hold great promise in biomedicine for drug/gene delivery and biomedical imaging. The use of CNTs as potential magnetic resonance imaging (MRI) contrast agents has drawn much attention in the past decades. In this review, the progress in novel magnetic resonance imaging (MRI) contrast agents composed of CNTs decorated with gadolinium or magnetic iron oxide nanoparticles are summarized. The concerned MRI contrast agents are focused on two types of MRI contrast agents, i.e. Gadolinium chelate, Gd catalyzed CNTs and Gadonanotubes as T1-weighted MRI contrast agents, and Fe catalyzed CNTs and superparamagnetic iron oxide modifi ed CNTs as T2-weighted MRI contrast agents. Both are hydrophilic, biocompatible, and show a high performance as a MRI contrast in in vitro and in vivo tests.

Carbon nanotubes; Magnetic resonance imaging (MRI); Contrast agent; Magnetic nanoparticles

R730.58

A doi 10.11966/j.issn.2095-994X.2015.01.01.02

2015-02-15；

2015-03-20

國家自然科學基金項目(Nos.20836002，20725619);Australia-China Special Fund (CH090192)

柳月，光學博士，研究方向為納米炭材料，電子信箱：dlut_luna@126.com；邱介山（通信作者），教授，國家杰出青年科學基金獲得者，研究方向為功能炭材料，電子信箱：jqiu@dlut.edu.cn

引用格式：柳月，邱介山.基于碳納米管的高性能核磁共振造影劑研究進展[J].世界復合醫學, 2015 , 1(1): 11-19.