1、纳米诊疗载体的生物学效应 

诊疗一体化的多功能纳米载体，既能实现无创成像，又能载带并可控释放药物、多模式联用是纳米医学研究的热点和前沿。在生理环境中，纳米载体的化学行为（稳定性）和生物行为（蓄积和分布）是如何影响诊疗效果，是纳米医学面临重要难题。 

针对这一问题，国家纳米科学中心陈春英课题组设计了多功能纳米诊疗载体，并用同步辐射技术研究了纳米载体的化学与生物学行为。该纳米载体以钆化合物为核、介孔二氧化硅为壳：其中介孔结构可载带化疗药物和光热疗药物，在近红外光辐射下迅速实现光热转变，实现热疗模式；同时局域热量也促进化疗药物从介孔释放。利用上海光源08U1A线站的同步辐射X射线扫描透射显微成像（STXM）和14W线站的X射线吸收近边结构（XANES）对生理环境中复合纳米载体进行了详细表征。钆元素成像表明细胞能大量摄入并蓄积纳米载体；X射线吸收谱表明，核心纳米结构主要由氯化钆与柠檬酸钆组成，该复合形式在酸性环境中降解速度慢于钆氧化物，说明含钆核心纳米结构在生理环境化学稳定性强，便于长期核磁成像，将为肿瘤局部精确治疗提供了成像证据。该研究中，新设计的纳米载体集化疗、热疗、成像多功能于一体，为肿瘤精准治疗提供了新策略;也拓展了同步辐射分析技术在纳米药物研究中的应用。该工作发表于ACS Applied Materials & Interfaces (Gadolinium (III)-Chelated Silica Nanospheres Integrating Chemo- and Photothermal Therapy for Cancer Treatment and Magnetic Resonance Imaging. ACS applied materials & interfaces 2015, 7, 25014-25023)。 

多功能诊疗纳米载体结构与组成（A）,X射线吸收近边结构表征纳米载体Gd核中Gd的化学形态（B），软X射线扫描透射显微技术对肿瘤细胞内含Gd纳米载体的蓄积与分布成像（C），多功能载体多模式治疗示意图（D）。   

2、纳米二氧化铈在水培植物中发生生物转化的位置和必要条件 

中国科学院高能物理研究所张智勇课题组与上海光源合作，利用软X射线显微成像技术研究了纳米二氧化铈在水培植物中发生生物转化的位置和必要条件。该项研究成果已经在环境科学领域的权威杂志Environmental Science & Technology上发表（Where does the transformation of precipitated ceria nanoparticles in hydroponic plants take place?2015, 49 (17): 10667–10674）。 

纳米二氧化铈是应用最广泛的纳米材料之一，通常认为其在生物、环境条件下性质稳定，被作为不解离纳米材料的代表用于纳米材料的环境行为与毒理学研究。之前该课题组首次发现并证明纳米二氧化铈能够在生物体系中发生转化，提示需要重新审视该材料的毒理作用机制与环境行为。最近，他们利用上海光源BL08U1A线站的扫描透射X射线显微成像堆栈技术，深入研究了水培条件下纳米二氧化铈在植物根中的转化过程。发现纳米二氧化铈处理后，Ce在根部不同区域的形态不同，根表面以Ce(IV)O2形态存在，而在细胞间隙、细胞质及液泡中转化为Ce(III)，结合不同暴露条件下的转化程度和规律，初步揭示了纳米二氧化铈在水培植物中发生转化的必要条件：转化仅发生在植物根表面，而且必需有根系分泌物的参与；进入植物内部的二氧化铈不会发生进一步的转化。该结果为评价金属纳米材料的生态毒理提供了重要信息，拓展了同步辐射软X射线显微成像技术在纳米毒理学研究中的应用。 

图：纳米二氧化铈在根部不同区域的TEM图：根表面（A）；细胞间隙（B）；液泡（C）。由堆栈结果得到相应区域的Ce成像图（D-F）及化学组成的吸收谱图（G-I）。 

（上海光源汪蕾提供）