正電子湮沒技術(shù)（如正電子湮沒壽命譜，PALS）在生物醫(yī)藥研發(fā)中具有重要的應(yīng)用價值，其通過探測材料中原子/分子尺度的自由體積結(jié)構(gòu)，為藥物設(shè)計(jì)和生物分子穩(wěn)定性研究提供了獨(dú)到的分析手段。

當(dāng)放射性同位素（如Na-22）產(chǎn)生的正電子進(jìn)入材料后材料后，會與材料中的電子發(fā)生湮沒，正電子產(chǎn)生到湮沒的時間差稱為正電子湮沒壽命，根據(jù)湮沒方式的不同，正電子會有不同的壽命。

        對于聚合物材料，正電子主要有兩種湮沒類型：

        1.正電子直接與材料中的電子發(fā)生湮沒；

        2.正電子在孔洞及自由體積內(nèi)會與電子形成類氫原子的束縛態(tài)（類似正電子為原子核的氫原子），稱為電子偶素（positronium），電子與正電子的自旋方向平行為正-電子偶素（ortho-positronium，簡寫為o-Ps），電子與正電子的自旋方向反平行為仲-電子偶素（para-positronium，簡寫為p-Ps）。電子偶素在形成后也會發(fā)生湮沒，真空中的湮沒壽命分別為125ps（p-Ps）和142ns（o-Ps）。 在聚合物中，一般會存在三種不同的正電子湮沒壽命：

            ●第yi壽命（200ps附近）：對應(yīng)于p-Ps湮沒類型 

            ●第二壽命（400ps左右）：對應(yīng)與正電子與材料中電子的直接湮沒 

            ●第三壽命（1-5ns）：正對應(yīng)與o-Ps湮沒類型 使用專業(yè)軟件對正電子湮沒壽命譜進(jìn)行解譜可以獲得第三壽命τ3的值，進(jìn)而計(jì)算材料中的自由體積半徑 

        式中R為自由體積半徑，ΔR為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)0.166 nm

1. 藥物載體設(shè)計(jì)與優(yōu)化

應(yīng)用：通過分析聚合物載體的自由體積分布，優(yōu)化藥物釋放速率和穩(wěn)定性。
案例：在納米藥物穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的研究中，PALS技術(shù)揭示了PVP中自由體積（由正電子湮沒壽命τ3表征）與分子鏈交聯(lián)度的關(guān)系（附件1）。當(dāng)PVP在0.7 GPa壓力下壓片后，自由體積減少（τ3≈1.87 ns），表明分子排列更緊密。這種微觀結(jié)構(gòu)的變化直接影響藥物納米顆粒的穩(wěn)定性，為調(diào)整聚合物配方以延長藥物有效期提供了依據(jù)。

2. 生物大分子穩(wěn)定性研究

應(yīng)用：評估蛋白質(zhì)、核酸等生物分子的構(gòu)象穩(wěn)定性及其與藥物相互作用。
案例：凍干制劑中添加蔗糖或海藻糖可減少自由體積（τ3隨糖含量增加而降低，附件5），通過抑制分子運(yùn)動性提高蛋白質(zhì)穩(wěn)定性。例如，羥yi基淀粉（HES）與蔗糖的復(fù)合制劑中，τ3從純HES的2.3 ns降至含糖制劑的1.8 ns，驗(yàn)證了“玻璃基質(zhì)穩(wěn)定假說”，為優(yōu)化生物藥保存條件提供了直接證據(jù)。