绵阳市中心医院肿瘤科杜小波团队于 2024 年 6 月 17 日在《Current Opinion in Solid State & Materials Science》（JCR 分区 Q1，IF = 12.2）期刊发表了题为「Recent progress in elastic and inelastic neutron scattering for chemical, polymeric, and biological investigations」的综述类文章。文章指出中子散射技术在医学材料领域的巨大潜力。在医学研究的前沿领域，中子散射技术正以其独特的优势，为化学、聚合物及生物材料的结构与动态研究开辟新路径。
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中子散射技术的应用前景广阔。例如，通过小角中子散射（small-angle neutron scattering，SANS）技术，研究人员能够深入探究聚合物水凝胶的微观结构。这种材料因其优异的生物相容性和力学性能，有望用于开发新型的人工皮肤和组织工程支架。此外，中子反射技术（neutron reflectometry，NR）可用于研究生物膜的结构和动力学，为理解细胞间相互作用和药物传递机制提供重要依据。中国绵阳研究反应堆（CMRR）作为国内重要的中子散射平台，为相关研究提供了强大的技术支持。除了广为人知的同位素生产和靶向药物合成之外，CMRR 的 20 MW 功率使其能够产生高质量的中子束，为开展各类中子散射实验奠定了基础。近年来，CMRR 在多个领域取得了显著成果，包括新型医用材料的结构表征和动力学研究。例如，研究人员利用 CMRR 的中子散射技术，对用于癌症治疗的纳米药物载体进行了深入分析，揭示了其在体内的分布和释放行为，为优化药物设计提供了重要参考。
随着中子散射技术的不断发展，其在医学领域的应用将更加广泛。未来，结合原位实验技术和多模态成像手段，研究人员将能够实时监测材料在生物体内的动态变化，为个性化医疗和精准医学提供有力支持。同时，中子散射技术与人工智能、大数据等新兴技术的融合，也将为医学材料的研发带来新的突破，助力开发出更安全、更有效的新型医用材料。中子散射技术在生物医药领域的应用包括但不限于：1、解析生物大分子动态行为，助力精准药物设计。中子散射技术能够捕捉蛋白质、抗体等生物大分子的纳秒级动态变化，例如过准弹性中子散射析单克隆抗体溶液的扩散行为，揭示高浓度抗体药物的粘度机制，为优化注射剂型提供依据，还可以通过观测酶与底物结合时的氢键网络变化，指导靶向药物设计（如针对癌症特异性酶的小分子抑制剂）；2、推动智能生物材料开发。通过小角中子散射析水凝胶的相分离结构（如聚乙二醇基水凝胶），优化其力学性能与载药能力，用于创伤修复或 3D 生物打印。中子反射技术可实时监测细菌生物膜与抗菌材料的界面相互作用，指导抗感染植入物（如人工关节）的表面改性。3、提升药物递送系统效能。利用小角中子散射技术观测脂质体、聚合物胶束的尺寸分布与内部空腔结构，提高药物包封率与靶向性。通过原位中子散射追踪载药水凝胶在生理环境下的溶胀-收缩行为，实现药物按需释放（如 pH 响应型肿瘤靶向制剂）。4、揭示疾病相关分子机制。可通过分析β-淀粉样蛋白纤维的动态组装过程，为阿尔茨海默病治疗提供新靶点。或利用中子衍射（neutron diffraction，ND）解析病毒衣壳蛋白与宿主细胞受体的结合位点，指导抗病毒药物开发。5、加速医疗技术创新与转化。可将中子散射技术结合 X 射线散射、冷冻电镜数据，构建生物分子高精度三维模型（如新冠病毒刺突蛋白动态构象）。开发高温压、剪切力等环境下的中子原位装置，模拟体内病理微环境（如动脉粥样硬化斑块形成过程）。
作者心得
工程技术的不断进步正在为医疗创新与发展带来突破。除了医疗设备持续升级，先进医疗设备的国产化，人工智能对于医疗数据的预处理，辅助诊断等方面的发展前景也十分广阔。中子散射技术作为一种基础研究手段，能够提供生物大分子（如蛋白质、核酸等）的高分辨率结构信息。准弹性中子散射技术能够研究生物大分子在不同时间和空间尺度上的动态行为。这对于理解蛋白质的折叠、酶的催化机制以及生物膜的流动性等过程至关重要。对于一些生物材料在组织工程、药物递送和生物传感领域，中子散射技术也能发挥其独特的优势。此外，还可以通过研究药物在生物材料中的分布和释放行为，可以设计出更高效的药物载体。中子散射技术可以在接近生理条件下研究生物分子的行为，这对于理解生物分子在细胞环境中的功能和相互作用具有重要意义。
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