超声化学在生物医学中应用的研究进展★

doi:10.6023/A23040129

化学学报 ›› 2023, Vol. 81 ›› Issue (7): 836-842.DOI: 10.6023/A23040129 上一篇下一篇

所属专题：庆祝《化学学报》创刊90周年合辑

综述

超声化学在生物医学中应用的研究进展^★

罗楚文^a^,^b, 孔超颖^a^,^b, 汤朝晖^a^,^b^,^c^,^*()

a 中国科学院长春应用化学研究所中国科学院生态环境高分子材料重点实验室长春 130022
b 中国科学技术大学应用化学与工程学院合肥 230026
c 吉林省生物医用高分子材料工程实验室长春 130022

投稿日期:2023-04-11 发布日期:2023-06-16

作者简介:

罗楚文, 2022年至今硕士就读于中国科学院长春应用化学研究所, 专业方向为高分子化学与物理.

孔超颖, 2020年至今博士就读于中国科学院长春应用化学研究所, 材料化学工程专业, 主要从事于超声激活抗肿瘤前药设计的研究.

汤朝晖, 中国科学院长春应用化学研究所研究员, 博士生导师. 曾在英国帝国理工学院和美国纽约州立大学石溪分校做博士后. 主要从事高分子载体抗肿瘤纳米药物研究. 在Adv. Mater., Adv. Sci., Prog. Polym. Sci., Chem. Sci., Biomateri- als, Nano Lett., J. Control. Release 等知名期刊发表学术论文 120余篇.

^★庆祝《化学学报》创刊90周年.

基金资助:
中国科技部(2022YFE0110200); 国家自然科学基金(52025035)

Research Progress in Sonochemistry for Biomedical Applications^★

Chuwen Luo^a^,^b, Chaoying Kong^a^,^b, Zhaohui Tang^a^,^b^,^c()

a Key Laboratory of Polymer Ecomaterials, Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130022, China
b School of Applied Chemistry and Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
c Jilin Biomedical Polymers Engineering Laboratory, Changchun 130022, China

Received:2023-04-11 Published:2023-06-16
Contact: *E-mail: ztang@ciac.ac.cn
About author:
^★Dedicated to the 90th anniversary of Acta Chimica Sinica.
Supported by:
Ministry of Science and Technology of China(2022YFE0110200); National Natural Science Foundation of China(52025035)

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摘要/Abstract

超声是一类频率超过人类听力上限的机械波, 具有高能和高穿透性的特点, 能穿透生物体软组织的阻碍, 在其内部诱导发生化学反应. 近年来, 超声化学手段越来越多地被应用于生物医学的研究当中, 并为生物医学的发展提供了新的着力点. 本文从三个方面, 即超声的机械化学作用、声敏剂辅助的超声化学和超声的空化效应, 总结并综述了超声化学在生物医学领域应用的研究进展.

关键词: 超声, 生物医学, 机械化学, 声敏剂, 声空化

Ultrasound is a kind of mechanical wave, whose frequency exceeds the upper limit of human hearing. Ultrasound has high energy and penetration, which can pierce the barrier of biological soft tissue and induce the occurrence of chemical reactions. In recent years, sonochemistry has been increasingly used in biomedical research, providing a new focus for the development of biomedicine. This review is mainly divided into three parts, the mechanochemistry of ultrasound, the sonochemistry assisted by sonosensitizers, and the cavitation effect of ultrasound, to describe the research progress in sonochemistry for biomedical applications.

Key words: ultrasound, biomedicine, mechanochemistry, sonosensitizer, ultrasonic cavitation

引用此文

罗楚文, 孔超颖, 汤朝晖. 超声化学在生物医学中应用的研究进展^★[J]. 化学学报, 2023, 81(7): 836-842.

Chuwen Luo, Chaoying Kong, Zhaohui Tang. Research Progress in Sonochemistry for Biomedical Applications^★[J]. Acta Chimica Sinica, 2023, 81(7): 836-842.

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图/表 6

图1. 高分子茂金属催化剂活性中心释放过程示意图. (a) 顺式构象, 两配体未连接; (b) 顺式构象, 两配体连接

Figure 1. Schematic diagram of the active center release process of metallocene catalysts. (a) Cis conformation, two ligands not connected; (b) Cis, connected

图2. 降冰片-2-烯-7-酮前药的超声激活机理

Figure 2. The mechanism of ultrasonic activation of norborn-2-en-7-one prodrug

	优势/劣势	类型
有机声敏剂	优势: 合成简单, 生物降解性好, ROS产率高	共轭高分子^[33,36]
有机声敏剂	劣势: 稳定性较差, 光毒性高, 水溶性相对较差	有机配合物^[38-39]
无机声敏剂	优势: 纳米结构可控, 稳定性高, 光毒性低, 水溶性好劣势: 合成相对困难, 生物降解性低, ROS产率小	压电效应激活的声敏剂^[49]
		声电耦合激活的声敏剂^[51]
		声致发光激活的声敏剂^[54⇓-56]
复合型声敏剂	优势: 取长补短, 能最大程度发挥出声敏剂本身的优势劣势: 体系相对复杂	弥补缺陷的复合型声敏剂^[59]
复合型声敏剂	优势: 取长补短, 能最大程度发挥出声敏剂本身的优势劣势: 体系相对复杂	拓展功能的复合型声敏剂^[62]

表1. 三类声敏剂的优势和劣势, 以及其目前存在的类型

Table 1. The advantages and disadvantages of three kinds of sonosensitizers, and their types

图3. 有机声敏剂超声激活产生ROS机理

Figure 3. ROS generation mechanism of ultrasonic activation of organic sonosensitizers

图4. 过氧化氢催化剂和声敏剂复合体系在肿瘤细胞中的超声激活

Figure 4. Ultrasound activation of a composite system of hydrogen peroxide catalyst and sonosensitizer in tumor cells

图5. 超声激活声空化剂产生ROS的机理

Figure 5. ROS production mechanism of acoustic cavitation agent activated by ultrasound

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	优势/劣势	类型
有机声敏剂	优势: 合成简单, 生物降解性好, ROS产率高	共轭高分子^[33,36]
有机声敏剂	劣势: 稳定性较差, 光毒性高, 水溶性相对较差	有机配合物^[38-39]
无机声敏剂	优势: 纳米结构可控, 稳定性高, 光毒性低, 水溶性好劣势: 合成相对困难, 生物降解性低, ROS产率小	压电效应激活的声敏剂^[49]
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复合型声敏剂	优势: 取长补短, 能最大程度发挥出声敏剂本身的优势劣势: 体系相对复杂	弥补缺陷的复合型声敏剂^[59]
复合型声敏剂	优势: 取长补短, 能最大程度发挥出声敏剂本身的优势劣势: 体系相对复杂	拓展功能的复合型声敏剂^[62]

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有机声敏剂	优势: 合成简单, 生物降解性好, ROS产率高	共轭高分子^[33,36]
有机声敏剂	劣势: 稳定性较差, 光毒性高, 水溶性相对较差	有机配合物^[38-39]
无机声敏剂	优势: 纳米结构可控, 稳定性高, 光毒性低, 水溶性好劣势: 合成相对困难, 生物降解性低, ROS产率小	压电效应激活的声敏剂^[49]
		声电耦合激活的声敏剂^[51]
		声致发光激活的声敏剂^[54⇓-56]
复合型声敏剂	优势: 取长补短, 能最大程度发挥出声敏剂本身的优势劣势: 体系相对复杂	弥补缺陷的复合型声敏剂^[59]
复合型声敏剂	优势: 取长补短, 能最大程度发挥出声敏剂本身的优势劣势: 体系相对复杂	拓展功能的复合型声敏剂^[62]

超声化学在生物医学中应用的研究进展^★

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