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LAM | 載藥全息圖:藥物洗脫監測

2022-05-27 17:42
來源:澎湃新聞·澎湃號·湃客
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撰稿人 | 浦探超(英國南安普頓大學 博士后)

如今,全息術已從用于記錄光波相位和幅度的純技術工具轉變為廣泛適用于各種研究的方法。全息設備廣泛應用于安全增強、娛樂、3D 顯示技術和增強現實等場景。全息圖正在科學和生活的各個領域找到新的應用,這是因為其具有高的信息容量,利用衍射圖案的變化來評估正在進行的外部變化的能力,以及從各種材料制作它們的成熟且簡單的方法。

在 Light: Advanced Manufacturing 上發表的一篇題為 Integrated binary hologram to monitor cargo release from a drug-eluting film 的最新論文中,由俄羅斯斯科爾科沃科學技術研究院(SKOLTECH) Gleb Sukhorukov 教授及其同事領導的科學家團隊,提出了一種用生物聚合物和不同的生物活性物質(抗生素、染料等)制造二元振幅型全息圖的新方法。

絕大多數藥物是透明和無色的溶液,這需要使用復雜的光譜設備來獲得藥物釋放曲線,他們提出的方法由生物聚合物和藥物制成的二元全息圖,顯示了對藥物洗脫過程進行非接觸式監測的能力,并展示了全息圖產生的衍射圖案如何隨著藥物洗脫的進行而變化,以及藥物的類型。

該團隊提出的這種新型全息圖的具有很廣泛的應用潛力,將一般全息術的應用范圍擴大到與藥物洗脫定量監測相關的生物醫學研究領域,包括抗生素的抗菌效果表征、藥物壽命的總體追蹤和個性化劑型制造等。

圖1 二元全息圖用于藥物洗脫的主要原理。
a,二元全息圖作為藥物釋放過程顯示的原理;
b,實驗室生產加工這種全息圖的過程。

對于載藥全息圖的加工制備,科學家們引入了一種使用直接藥物印刷技術DDP),而且對生物相容的衍射光學元件進行增材制造的方法,生物活性物質作為運載的藥物直接熱印到扁平聚合物薄膜的表面上。藥物的點位的空間分布形成了預先計算的衍射光學元件,在他們的方法中,生物活性物質不會與任何有機溶劑相互作用,而是原封不動地放置在惰性生物聚合物上,從而確保藥物的藥理作用不會發生變化。

圖2 藥物釋放過程的仿真衍射圖案

該技術制備的薄膜作為透射的振幅型全息圖,在被相干光源照射時會產生清晰的遠場衍射圖案,因此可以在各種生物醫學問題中找到其應用。

其中,一種最直接的應用是,跟蹤無色成分的壽命和測量各種環境條件下活性物質的特征釋放時間。例如,該技術最有可能的應用是補充標準的抗生素檢測程序,添加一個用于跟蹤藥物釋放的視覺通道,只需要存在相干光源,將顯著改善對抗生素效果的評估,并允許在視覺上控制釋放時間和洗脫藥物的數量。

他們提出的直接藥物印刷技術主要用于水溶性物質,但也可適用于其他類型的藥物。在數值計算和真實實驗中,他們展示了衍射圖案能夠反映,在一定時間后,全息圖上剩余藥物量的能力。這種獨特的載藥全息系統可適用于需要監測洗脫物質量的廣泛任務。

論文信息

Abdurashitov et al. Light: Advanced Manufacturing (2022)3:30 

https://doi.org/10.37188/lam.2022.030

封面圖來源:LAM新媒體 / VEER

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