治疗与医用材料
4 药物、光/声动力治疗、放疗与医用材料
医学背景。药物代谢、光敏与声敏反应、放射化学及纳米材料催化常伴随单电子转移和自由基生成。医学评价需要区分治疗所需的活性物种、非特异氧化损伤、材料残余自由基及其与细胞和动物终点的关系。
药物代谢与毒性
医学背景。药物可经P450氧化、金属配位或单电子还原形成活性中间体。自由基和金属价态变化有助于解释药效与毒性，但仍需代谢物、暴露量和生物学终点共同判断。
EPR可直接捕获药物裂解自由基、半醌和金属配合物，也可利用低温血红素谱分析药物与P450的配位。药物自由基的出现只能说明单电子过程发生，毒性判断仍需细胞暴露、代谢物鉴定和剂量—反应数据。
案例D1-1｜抗真菌唑类与P450血红素配位
研究内容研究比较多种抗真菌唑类与P450血红素结构域的配位模式，并分析位点突变的影响。
EPR所说明的问题低温EPR以高、低自旋Fe(III)组分变化判定直接氮配位、间接配位及多构象结合。
实验设计与参数样品为FDA批准唑类与野生型及A82F/F87V P450 BM3血红素结构域；顺磁对象为低/高自旋Fe(III)。Bruker ER-300D/EMX X波段CW，10 K、0.5 mW、100 kHz、5 G调制。
主要结果与研究边界不同唑类产生直接或间接氮配位及多谱组分，tioconazole对突变体结合更强。阶段为药物—酶模型；限制是BM3是细菌P450，5% DMSO本身可改变血红素谱。
案例D1-2｜醌—喹啉螯合剂的金属依赖自由基
研究内容研究评价醌-喹啉候选抗癌化合物在不同金属离子和光照条件下的单电子反应。
EPR所说明的问题EPR直接测量半醌自由基产率，判定Fe、Cu和Zn配位对自由基生成的差异。
实验设计与参数样品为醌—喹啉候选物、电子供体及Fe3+/Cu2+/Zn2+；顺磁对象为半醌自由基。Bruker ER200D-SRC X波段CW，25°C、20 mW、1 G调制、增益8×10^5、时间常数200 ms。
主要结果与研究边界Fe和Cu配合物的自由基产率高于游离药物和Zn配合物，光照后增加。阶段为候选抗癌药化学；限制是甲醇模型体系，无细胞药代和动物毒性。
光/声动力治疗与原位光照
医学背景。PDT和SDT分别以光或超声激活敏化剂产生1O2、O2•-、•OH等物种，用于肿瘤和感染治疗。敏化效率受氧水平、激发条件、电子供体和材料微环境影响。
光/声敏治疗中的EPR读出包括：CW自旋捕获识别1O2、O2•−、•OH或烷基自由基；时间分辨EPR直接观察光敏剂三重态及自旋极化；声动力体系则比较超声前后捕获谱。TEMP/4-oxo-TEMP生成的TEMPO类三线谱易受杂质和非1O2氧化干扰，应配置暗对照、叠氮化物或组氨酸猝灭、溶剂与探针空白。
案例D2-1｜螺旋BODIPY三重态与低剂量PDT
研究内容研究表征螺旋BODIPY光敏剂的三重态光物理，并将其纳米制剂用于低剂量PDT联合免疫治疗。
EPR所说明的问题时间分辨EPR读取三重态极化相位、零场分裂和寿命，判定系间窜越后形成的光敏活性态。
实验设计与参数30 μM光敏剂置于甲苯/MeTHF 3:1玻璃态，80 K、555 nm激光激发，采用X波段时间分辨EPR观察三重态电子自旋极化和零场分裂。
主要结果与研究边界得到(a,e,a,e,a,e)偏振谱、约52%三重态量子产率和492 μs寿命；纳米制剂随后用于小鼠PDT联合免疫治疗。阶段为光物理与动物前验证；限制是80 K玻璃态与生理环境不同。该TR-EPR不属于自旋回波型脉冲EPR。
案例D2-2｜ICG抗菌光动力的ROS判定
研究内容研究分析ICG抗菌光动力体系的活性物种组成，并比较光照条件与微生物灭活效果。
EPR所说明的问题EPR通过不同捕获剂的特征谱区分1O2、O2•-及碳中心自由基，界定抗菌光化学路径。
实验设计与参数样品为吲哚菁绿光敏体系及微生物模型；顺磁对象为烷基自由基、超氧和1O2捕获产物。Bruker EMXmicro X波段CW，配置相应自旋捕获剂并在照光后测量。
主要结果与研究边界研究比较光强、光敏剂与微生物灭活结果。阶段为抗菌PDT体外研究；限制是不同捕获剂动力学和光漂白会影响组分比例，EPR反应液结果不等同细胞内局部分布。
案例D2-3｜缺氧条件下Ir(III)光敏剂介导光氧化还原治疗
研究内容研究构建聚碳酸酯Ir(III)光敏体系，利用NADH参与的光氧化还原反应，在低氧条件下结合光活化化疗治疗4T1乳腺癌。
EPR所说明的问题EPR用于辨认照光后形成的•OH、O2•-和1O2相关物种，检验体系中I型电子转移和II型能量转移并存的反应特征。
实验设计与参数DMPO用于•OH和O2•-捕获，论文以TEMP/TEMPO三线读出评价1O2；660 nm、190 mW cm-2照光。
主要结果与研究边界公开资料未完整列出频率、功率和调制参数。阶段为光化学、细胞与动物；限制是捕获反应液中的物种比例受氧、NADH和探针竞争影响。
案例D2-4｜代谢重编程纳米药物增强结肠癌声动力免疫治疗
研究内容研究通过纳米药物调节肿瘤代谢并增强声动力诱导的免疫原性损伤，用于结肠癌声动力免疫治疗。
EPR所说明的问题EPR以TEMP捕获1O2，确认超声作用下材料形成声敏ROS，并比较有无超声和材料的对照。
实验设计与参数采用CIQTEK EPR200M连续波X波段；50 μL TEMP加入1 mL、100 μg/mL材料，超声3 min。Methods记载1 W cm-2，Fig. 3图注记载1.5 W cm-2，报告保留该原文差异。
主要结果与研究边界材料+TEMP+US条件的1O2特征信号最强。阶段为模型反应、细胞与动物；限制是EPR结果对应无细胞声敏反应。
案例D2-5｜自噬阻断联合声动力与Ca2+过载治疗结肠癌
研究内容研究构建仿生纳米平台，将声敏反应、保护性自噬阻断和Ca2+过载联合用于结肠癌治疗。
EPR所说明的问题EPR用于验证超声触发的活性氧生成，说明联合治疗中的氧化损伤起始于可测的声敏自由基过程。
实验设计与参数应用记录标注EPR200M。
主要结果与研究边界主文确认Ce6、CaO2与自噬抑制组分的联合体系，EPR捕获剂和桥路参数位于未完整公开的补充材料，故记为未报告。阶段为材料模型、细胞与动物；限制是EPR物种和定量条件尚需以补充材料复核。
案例D2-6｜日光触发ROS/RNS重分配治疗感染创面
研究内容研究设计含ZnO和L-精氨酸的创面材料，以日光触发自由基生成和后续含氮活性物种转化，用于感染创面治疗。
EPR所说明的问题EPR用于判定日光照射后O2•-和•OH相关物种的形成，并为其经L-精氨酸反应形成ONOO-的路径提供自由基层面依据。
实验设计与参数应用记录标注CIQTEK EPR200-Plus、常温测量。
主要结果与研究边界摘要明确ZnO光照产生O2•-和•OH并在L-精氨酸体系中形成较低浓度、高反应性的ONOO-，公开页面未完整给出捕获剂和微波参数。阶段为材料模型、细菌、细胞与动物创面；限制是EPR实验条件尚未完整公开。
放疗、FLASH与放射敏化
医学背景。电离辐射通过水辐解和生物分子电离形成瞬态自由基。放射敏化剂、NO释放材料和FLASH剂量率会改变自由基生成与耗氧过程，需要与物理剂量测量分开评价。
EPR在本类应用中可测辐射化学自由基、脂质过氧化、氧状态和固体剂量计。超高剂量率实验需区分束流剂量学、脉冲内自由基化学和辐照后的稳定产物。
案例D3-1｜X射线后大鼠羟基自由基生成
研究内容研究在大鼠中追踪X射线辐照引发的羟基自由基相关反应，并评价抗氧化剂干预。
EPR所说明的问题EPR检测PBN-甲基加合物，并借助13C-DMSO验证该产物来源于•OH介导的甲基自由基。
实验设计与参数大鼠腹腔注射PBN/DMSO后接受X射线，收集胆汁，用X波段CW检测六线PBN—甲基加合物，并以13C-DMSO确认来源。
主要结果与研究边界40 Gy以上出现剂量相关信号，没食子酸甲酯抑制。阶段为动物辐射化学；限制是•OH经DMSO转化后的间接读数，检出剂量高于常见临床分割剂量。
案例D3-2｜NO释放金属有机层放射敏化
研究内容研究构建可释放NO的Hf基金属有机层，用于增强X射线诱导的肿瘤氧化损伤。
EPR所说明的问题EPR比较辐照前后DMPO捕获谱，确认材料体系中ROS生成及其与NO释放并存。
实验设计与参数样品为Hf基SNAP/MOL纳米层；顺磁对象为8 Gy X射线后DMPO捕获的ROS。Bruker Elexsys E500 X波段CW；反应液含200 μM Hf、100 mM DMPO，辐照后立即测量。
主要结果与研究边界细胞和荷瘤鼠实验显示NO释放与ROS生成协同。阶段为纳米放射增敏临床前；限制是EPR来自无细胞制剂，肿瘤内自由基未由X波段直接原位读取。
FLASH补充案例。 亚油酸胶束和磷脂酰胆碱脂质体在常规电子束下出现线性脂质过氧化，FLASH条件下在较高剂量/脉冲时未见相同终产物。论文含DMPO捕获，但开放方法未完整公开X波段参数，因此只作为中等置信度的机制案例。Froidevaux 2023
纳米药物与医用材料
医学背景。纳米药物可清除或催化生成ROS/RNS，也可改变药物定位和肿瘤微环境；植入材料和高分子在合成或灭菌后可能残留自由基。材料体系中的EPR结果需要与生物相容性、药代和组织效应分别核对。
纳米药物研究常利用EPR确认催化产ROS能力、探针所在微环境、膜流动性和释放动力学。医用高分子则关注聚合、辐照灭菌产生的残余自由基及其衰减。无细胞高H2O2体系适合比较配方，不能直接代表肿瘤内反应速率。
案例D4-1｜TEMPO标记聚合物包覆磁铁矿
研究内容研究以TEMPO标记聚合物包覆磁铁矿纳米粒，考察载体表面微环境随pH、温度和介质的变化。
EPR所说明的问题EPR线宽、运动性和信号衰减反映硝氧标签与聚合物、磁性核及溶剂的相互作用。
实验设计与参数样品为TEMPO标记的聚合物包覆Fe3O4纳米粒；顺磁对象为表面硝氧自由基与磁性核相互作用。
主要结果与研究边界X波段CW约9.4 GHz比较pH、温度和介质条件下的线宽、运动性和信号衰减，用于分析纳米载体微环境。阶段为纳米递送材料表征；限制是标签密度、表面交换和粒子磁性共同影响线形。
案例D4-2｜植入式镫骨假体辐照灭菌
研究内容研究评价电子束和γ射线灭菌对光固化镫骨假体材料中残余自由基的影响。
EPR所说明的问题EPR识别聚合物自由基类型并测量其在空气、真空和水中的衰减，判断灭菌后自由基残留时间。
实验设计与参数样品为DS3000光固化聚合物、PDMS膜和完整假体，经电子束或γ射线25 kGy处理；顺磁对象为烯丙基和增长链自由基。Bruker EMXplus X波段CW，室温、1 mW、0.1 mT调制、扫宽60 mT。
主要结果与研究边界DS3000信号在空气中约24 h快速衰减，真空/水中较慢；PDMS未见室温持久信号。阶段为植入物临床前质量研究；限制是缺少长期体内生物相容性数据。
案例D4-3｜MnO2-蜂毒肽纳米颗粒增强抗肿瘤免疫
研究内容研究构建MnO2-蜂毒肽纳米颗粒，在模拟肿瘤微环境中消耗GSH并形成•OH，评价其对原位肿瘤和肺转移模型的免疫治疗作用。
EPR所说明的问题EPR用于确认材料在指定反应体系中形成羟基自由基，为氧化损伤和免疫激活机制提供自由基读出。
实验设计与参数应用记录标注CIQTEK EPR200-Plus。
主要结果与研究边界公开摘要确认GSH消耗和Fenton样•OH生成，捕获剂、频率、功率及调制参数未完整公开。阶段为模型反应、细胞和多种小鼠肿瘤模型；限制是动物免疫效应依赖流式、细胞因子和组织学实验，EPR未直接测量肿瘤内•OH。
脉冲/双共振补充案例。 γ/β辐照PLGA聚合物和微球可先用X波段CW及功率依赖分离谱组分，再用ENDOR/EIE判定局部超精细耦合。该组合适合材料自由基结构解析。Bushell 2005