[发明专利]共振纳米结构及其使用方法

说明书

背景技术

常规药物以及治疗和诊断方法对于许多疾病是有效的，但是也具有 多种限制和不希望的效应。例如，大多数抗癌治疗是非特异性的，可杀 伤健康细胞，包括免疫系统的细胞。治疗本身可通过使患者易感于继发 感染而危及生命。类似的，电离放射治疗也是非特异性的，可损伤健康 组织而使患者受到伤害。

化疗药物的应用在药物何时作用于靶标癌细胞方面很少提供时间 安排方面的控制。这种时间安排取决于许多因素，包括药物自身的性质、 其吸收和清除谱以及患者的代谢健康状况。由于这些因素和并发的副作 用，化疗必须小心施用并进行监测以对患者实现最大的益处和最小的有 害作用。化疗的癌症疗法对于CNS恶性肿瘤的作用有限，因为它们由 于其大小、重量和血脑屏障的通透性而很难穿过血脑屏障。

对于当前癌症治疗最重要的限制之一是成像技术。因为很难将疾病 组织与健康组织鉴别开来。大多数成像不能有效的靶向疾病区域。放射 科医师需要大量专业技术才能分析这些图像的结果和鉴定可能的疾病 部位。同时，当前技术的分辨率以及组织的信噪比使得对小损伤的成像 很困难。事实上，早期癌症基本无法检测，只有变为1mm(或10亿个 细胞)大以后它们才能通过成像技术进行检测。已对疾病进行了治疗的 癌症患者无法确定癌症是否被彻底消除。对于快速生长的和转移的癌 症，这种有限的诊断能力意味着最初的治疗或对复发疾病的后续治疗通 常开始得太晚而无法获得有效的结果。

目前用于诊断、分期和治疗癌症的医学成像技术在空间分辨率、时 间分辨率、对比度以及假象方面具有局限性。例如，大多数成像扫描只 显示所扫描区域的固有密度，对比度有限。染料和其它对比剂、放射性 核素以及其它化学品只能相当有限地提高对比度和分辨率。使用对比染 料技术还有其固有的风险，包括变应性反应和副作用。放射性核素也具 有其固有风险，需要小心地监测和控制。

某些抗微生物疗法的靶向及特异性能力有限。除了靶标微生物细胞 之外，它们也可对健康组织产生不利影响。例如，广谱抗生素可杀伤宿 主中健康和必需的菌群，由此产生其它的健康问题和有害副作用。另外， 某些抗微生物疗法在一些患者中可造成变应性反应，使其无法使用，在 最坏的情形下还危及生命。抗生素还可产生抗药性菌株，这种后果限制 了所述治疗的生命力，缩短了所述药物作为有效抗微生物剂的时间。目 前的抗微生物治疗无法在时间上进行控制或激活；一旦施用，它们就发 挥作用。其有效性取决于许多因素，其包括药物自身的性质、其吸收谱、 其清除谱以及患者的代谢健康。

用于癌症和其它疾病的常规药物递送也有局限性。一旦施用了药剂 或药物，时间线就被激活，对于药物何时递送、递送至何处的控制很有 限。此递送时间线是基于吸收速率、代谢过程和其它过程预先确定的。 递送药物到期望组织的浓度也取决于这些过程。没有办法确认药物已到 达期望的靶组织以及其浓度。也不可能确认药物是否波及了非靶组织。

因此，癌症治疗、医学成像技术以及抗生素疗法都将受益于可改善 对细胞靶向和药剂递送时间的特异性控制的递送试剂和方法。

发明内容

本发明的实施方案包括共振纳米结构和在共振纳米结构中诱导共 振响应的方法。共振纳米晶体是共振纳米结构的一个实例。在一个实施 方案中，共振纳米结构包含在至少一个维度上为约1纳米至约1000纳 米的至少一个纳米级结构。共振纳米结构还可能能够对外部刺激(例如 电磁或声刺激)产生共振响应。所述结构的共振响应可发生在这些刺激 后一皮秒至一小时或更长的时间范围内。在一个实施方案中，所述共振 响应可受控于刺激的时程、刺激的强度或幅度以及该结构的局部环境和 该纳米结构的共振势。

一些共振纳米结构可具有腔，因此可称为有腔纳米结构，而其它一 些可以是实心的，至少到不具有显著腔的程度。有腔共振纳米结构的腔 可包含有效载荷；这些可以是化合物或另一纳米结构，尽管其比“宿主” 纳米结构更小。

作为对刺激所引发共振的响应，在一些情况下共振纳米结构可破 裂，在另一些情况下可保持完整。一些能够破裂的共振纳米结构可在其 结构中包含特定的缺陷或破裂点，其代表了统计学上占优势的破裂点。 可将这样的破裂点设计成对特定类型或力量水平的刺激特别易碎或脆 弱。

一些共振纳米结构包含调节共振的特定结构特征，包括谐波结构， 该结构特别响应于特定类型或力量水平的刺激，并且增强或调节或允许 调谐该结构作为整体的共振响应。