近红外第三窗口激光器在制备用于肿瘤光热治疗的仪器中的应用制造技术

技术编号:21151590 阅读:12 留言:0更新日期:2019-05-22 05:04
本发明专利技术涉及近红外第三窗口激光器在制备用于肿瘤光热治疗的仪器中的应用,与现有的光热治疗技术相比,本发明专利技术无需借助光热剂,在病灶处直接实现光热转换,达到高效治疗的目的。本发明专利技术拓展了传统光热治疗NIR‑I和NIR‑II区的激光范围,无需引入光热剂,即可实现高效高选择性杀死肿瘤细胞,而且可联合或辅助化疗、放疗以及免疫治疗等手段,实现高效无创的治疗。

Application of Near Infrared Third Window Laser in the Fabrication of Instruments for Photothermal Therapy of Tumors

The invention relates to the application of a near infrared third window laser in the preparation of an instrument for photothermal therapy of tumors. Compared with the existing photothermal therapy technology, the invention realizes photothermal conversion directly at the lesion without the aid of photothermal agents, and achieves the goal of efficient treatment. The invention expands the laser range of the NIR I and NIR II regions of the traditional photothermal therapy. Without introducing photothermal agents, it can achieve high efficiency and high selectivity in killing tumor cells, and can combine or assist chemotherapy, radiotherapy and immunotherapy to achieve high efficiency and non-invasive treatment.

【技术实现步骤摘要】
近红外第三窗口激光器在制备用于肿瘤光热治疗的仪器中的应用
本专利技术公开了近红外第三窗口激光在肿瘤光热治疗中的应用。更具体地利用水、血液和组织对近红外第三窗口(1600~1800nm)存在吸收,从而将光能转变为热能,实现光热治疗。本专利技术所公开的可用于光热治疗的近红外第三窗口激光,具有优良的生物安全性、高效的光热转换性能、治疗效率高和微创副作用小等特点,因而可用于人或者其他哺乳动物的肿瘤等医学领域的光热治疗。
技术介绍
癌症极大威胁人类健康。近年来,相对于传统癌症治疗,光热治疗(Photothermaltherapy,PTT)作为一种新型有潜力的癌症治疗方法或者辅助治疗手段,因其具有无创、治疗时间短、毒副作用小、针对性强等特点,发展潜力巨大。通常,PTT是将具有光热转换效果的光热剂注入体内,使其富集在肿瘤组织,利用激光照射光热剂,光热剂将光能吸收后再换变为热能,从而杀死癌症细胞。传统PTT的关键在于制备出安全、高效、低毒和稳定的光热剂。然而,目前各种各样的有机和无机材料已尝试应用在光热治疗中,例如无机类的金、银、铂、钯、过渡金属硫化物、碳化物和过渡金属碳化物等,再例如有机类的小分子染料、超分子复合物和共轭高分子聚合物等,这些材料往往存在诸如生物相容性差、难降解、潜在毒性大、稳定性差、会诱导氧化应激和炎症等不良反应,是其走向临床应用难以逾越的障碍,也是使其难以获得医疗审核机构批准的症结。因此开发性能优越生物安全性高的光热疗法是研究人员的追求。伴随科技的快速发展,近红外窗口I区(NIR-I,750-1000nm)和近红外窗口II区(NIR-II,1000-1350nm)由于激光发射波长较长,皮肤可承受光暴露能量较高,光在穿透生物组织时所引发的光散射或自荧光效应的影响较弱,使其穿透深度更深层、空间分辨率也显著提高,是目前光热治疗中常用的两类的激光器。然而,虽然相较于NIR-I区,NIR-II区的安全性已有所提高,但操作不当或者功率设定较高依然会对眼睛、皮肤带来伤害。并且,NIRI和II区的光热治疗,需要借助光热剂实现光热转换。此外,目前用于肿瘤治疗的方法包括放射治疗、化学治疗和外科手术治疗等手段。这些治疗方法都存在不同程度的局限性。例如,放射治疗在治疗过程中产生的电离辐射会对正常器官和组织造成不同程度的损伤;化学治疗作为一种姑息手段,难以根除肿瘤,并且治疗期间会伴有脱发、胃肠道损伤等副作用;手术等常规手段无法清除干净癌细胞,并且受限于外科医师的个人技能和临床经验。
技术实现思路
本专利技术人发现,波段在1600-1800nm的近红外窗口III区(NIR-III,或称近红外第三窗口),具有较高的水吸收系数,对人眼的损伤阈值较高,因而更具安全性。更重要的是NIR-III区激光,不需要借助光热剂,可以直接将光能转变为热能,直接用于癌症等疾病的热疗,由此完成本专利技术。本专利技术提供了近红外第三窗口激光器在制备用于肿瘤光热治疗的仪器中的应用。与现有的光热治疗技术相比,本专利技术无需借助光热剂,在病灶处直接实现光热转换,达到高效治疗的目的。本专利技术拓展了传统光热治疗NIR-I和NIR-II区的激光范围,无需引入光热剂,即可实现高效高选择性杀死肿瘤细胞,而且可联合或辅助化疗、放疗以及免疫治疗等手段,实现高效无创的治疗。因此,NIR-III区激光的使用,极大丰富了肿瘤光热治疗的概念,拓宽了光热治疗入射光的波长选择范围,为肿瘤诊疗提供了新的思路。使用近红外第三窗口激光器时,可以利用设定波段的近红外第三窗口激光器,通过调节电流设置到特定功率密度,找到肿瘤边界,根据肿瘤大小照射特定时间,实现选择性地杀伤肿瘤组织,不损伤或者尽量少地损伤正常组织。较佳地,所述近红外第三窗口激光器的激光的波长范围为1600~1800nm,使用的功率密度为0.1~2.0W/cm2,治疗时间为3~30分钟。较佳地,所述光热治疗为全身、区域和/或局部的光热治疗。较佳地,所述肿瘤为甲状腺瘤、乳腺癌、宫颈癌、血管瘤、脂肪瘤、骨肉瘤中的至少一种。较佳地,所述近红外第三窗口激光器是与外科手术切除、化疗、放疗、生物治疗中的至少一种一起使用的辅助治疗装置。另一方面,本专利技术还提供一种用于肿瘤光热治疗的近红外第三窗口激光器,其特征在于,所述近红外第三窗口激光器能够发射波长为1600~1800nm的激光。在本专利技术中,一方面选择波长范围在1600~1800nm的近红外第三窗口激光,具有更高的安全性;另一方面无需光热剂,避免光热剂引入所带来的潜在危害,更具应用前景。迄今为止,本领域尚未将波长范围在1600~1800nm内近红外第三窗口激光应用在肿瘤的光热治疗中,而本专利技术填补了这一空白。本专利技术设备装置简单,操作简便,有助于工业化生产。附图说明图1是在功率为1.0W/cm2的NIRIII区(1600nm)激光辐射下水温度随辐照时间的变化图。图2是在不同功率NIRIII区(1600nm)激光辐射下鸡肉组织温度随辐照时间的变化图。图3是在功率为1.0W/cm2的NIRIII区(1600nm)激光辐射下不同厚度鸡肉组织温度随辐照时间的变化图。图4是在NIRIII区(1600nm)功率密度为1.0W/cm2近红外激光照射下,小鼠乳腺癌4T1肿瘤Balb/C裸鼠的热成像照片(上)与相应的温度变化曲线(下)。图5是经不同功率NIRIII区(1600nm)激光照射后乳腺癌4T1荷瘤鼠的肿瘤体积随时间变化的照片。图6是经1W/cm2的NIRIII区(1800nm)激光照射后宫颈癌Hela荷瘤鼠的肿瘤体积随时间变化的照片。图7是经1W/cm2的NIRI区(808nm)和NIRII区(1064nm)激光照射后乳腺癌4T1荷瘤鼠的肿瘤体积随时间变化的照片。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术,应理解,附图和下述实施方式仅用于说明本专利技术,而非限制本专利技术。在此公开近红外第三窗口激光在肿瘤治疗中的应用。术语“光热”是指将光能转变为热能。术语“治疗”是指治疗性治疗及预防性或防范性措施,其中目标为防止或减慢(减轻)不期望的生理变化或病症,例如肿瘤的生长、发展或扩散。出于本专利技术的目的,有益或期望临床结果包括但不限于减轻症状、降低疾病程度、稳定疾病状态(即不恶化)、延迟或减慢疾病进展、改善或缓和疾病状态及可检测或不可检测地缓解病情(部分或全部)。“治疗”也可意指与不接受治疗的预期存活相比延长存活。需要治疗者包括已患有病症或障碍者以及易患病症或障碍者或欲预防病症或障碍者。在癌症的情况下,治疗的目的可以是减少癌细胞的数量;减小肿瘤的大小;抑制(即,一定程度上减慢并且优选停止)癌细胞浸润到外周器官中;抑制(即,一定程度减慢并且优选停止)肿瘤转移;在一定程度上抑制肿瘤生长;和/或在一定程度上减轻与癌症相关的一种或多种症状。术语“癌症”是指哺乳动物的生理病症,其典型特征在于不受调节的细胞生长。“肿瘤”包含一种或多种癌细胞。癌症的实例包括但不限于血癌(例如慢性髓性白血病、慢性髓单核细胞性白血病、费城染色体阳性的急性淋巴细胞白血病、套细胞淋巴瘤)、前列腺癌、胃癌、结肠直肠癌、皮肤癌(例如黑色素瘤或基底细胞癌)、肺癌(例如非小细胞肺癌)、乳腺癌、头颈癌、支气管癌、胰腺癌、膀胱癌、脑癌或中枢神经系统癌、周围神经系统癌、食管癌、口本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.近红外第三窗口激光器在制备用于肿瘤光热治疗的仪器中的应用。

【技术特征摘要】
1.近红外第三窗口激光器在制备用于肿瘤光热治疗的仪器中的应用。2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,利用设定波段的近红外第三窗口激光器,通过调节电流设置到特定功率密度,找到肿瘤边界,根据肿瘤大小照射特定时间,实现选择性地杀伤肿瘤组织,不损伤或者尽量少地损伤正常组织。3.根据权利要求1或2所述的应用,其特征在于,所述近红外第三窗口激光器的激光的波长范围为1600~1800nm,使用的功率密度为0.1~2.0W/cm2,治疗时间为3~30分钟。4.根据权利要求1至3中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员:冯炜丁利王榕艳陈雨施剑林
申请(专利权)人:中国科学院上海硅酸盐研究所
类型:发明
国别省市:上海,31

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