本發(fā)明涉及一種超小鐵基磁性納米晶磁共振t1造影劑的制備方法以及其在磁共振t1加權(quán)成像中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展，納米材料在藥物傳輸、疾病診斷以及治療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。其中，超順磁性納米顆粒作為造影劑在磁共振成像方面越來(lái)越成為研究熱點(diǎn)。磁共振成像作為一種先進(jìn)的醫(yī)學(xué)影像診斷工具，可以實(shí)時(shí)無(wú)創(chuàng)地提供高空間分辨率的軟組織解剖學(xué)信息，對(duì)疾病進(jìn)行診斷與研究，同時(shí)可用于腫瘤的早期診斷。造影劑通過(guò)提高造影區(qū)域與背景的對(duì)比度可以顯著提高磁共振成像的靈敏度。根據(jù)質(zhì)子的縱向弛豫與橫向弛豫效應(yīng)造影劑可以分為兩大類(lèi)：可加速縱向弛豫速率的是t1造影劑，可加速橫向弛豫速率的是t2造影劑。在磁共振成像中，發(fā)生加速縱向弛豫的區(qū)域會(huì)變亮而發(fā)生加速橫向弛豫的區(qū)域會(huì)變暗。最初，超順磁氧化鐵主要作為t2加權(quán)造影劑，例如商業(yè)化的菲力磁（feridex）就是很典型的t2造影劑。但是在臨床使用中，t2加權(quán)造影劑有一定的局限性。首先，其變暗的效果與組織內(nèi)部出血或鈣化、金屬沉積等低信號(hào)區(qū)域易混淆導(dǎo)致誤診；而且，t2造影劑的高磁矩會(huì)誘導(dǎo)局部磁場(chǎng)的擾動(dòng)，引起所謂的“bloomingeffect”，這個(gè)效應(yīng)會(huì)放大影像部位而使得暗的圖像模糊。因此相比t2造影劑，t1造影劑更有可能獲得精準(zhǔn)的高分辨圖像。目前臨床廣泛使用的t1造影劑主要是釓類(lèi)配合物，這些配合物在臨床使用過(guò)程中存在諸多不足。1，由于快速的腎代謝，導(dǎo)致體內(nèi)循環(huán)時(shí)間短，難以滿足需要長(zhǎng)掃描時(shí)間窗的高分辨成像；2，釓類(lèi)配合物分解出自由的釓離子毒性大，而且美國(guó)食品藥物監(jiān)督管理局（fda）已經(jīng)警告致命的腎源性系統(tǒng)纖維化與釓配合物造影劑有很大的關(guān)聯(lián)。為了解決上述的釓配合物t1造影劑和傳統(tǒng)超順磁氧化鐵t2造影劑在磁共振成像中存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)新型的高效低毒磁共振鐵基t1造影劑迫在眉睫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種超小鐵基磁性納米晶磁共振t1造影劑的制備方法以及其在磁共振t1加權(quán)成像中的應(yīng)用。

本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)超小鐵氧體納米晶可以作為高效的t1造影劑。根據(jù)理論研究表明，弛豫增強(qiáng)由外球與內(nèi)球機(jī)制共同起作用而決定。t1造影劑的性能主要有兩個(gè)因素決定，縱向弛豫效能r1和橫向弛豫效能與縱向弛豫效能的比值r2/r1，r1越大且r2/r1越小t1造影劑性能越好。根據(jù)內(nèi)球機(jī)制，超小鐵基磁性納米晶具有高的比表面積可以增大與水分子的相互作用，同時(shí)mn、ni等摻雜可以減小水分子在納米顆粒表面相互作用的停留時(shí)間，可以有效提高縱向弛豫效能r1。根據(jù)外球機(jī)制，超小尺寸（小于5納米）的納米晶具有小的磁化強(qiáng)度值從而限制了其t2弛豫效應(yīng)，從而降低了r2/r1。目前鐵基磁性納米顆粒主要是通過(guò)高溫?zé)岱纸夥?，共沉淀法，反膠束法和溶膠凝膠法制備，因?yàn)橹挥懈邷責(zé)岱纸夥梢詫?shí)現(xiàn)成核與生長(zhǎng)分離以及擴(kuò)散限制生長(zhǎng)，因此，通過(guò)高溫?zé)岱纸夥ㄖ苽涞蔫F基磁性納米顆粒單分散性最好。就目前所報(bào)道的文獻(xiàn)，通過(guò)高溫?zé)岱纸馑苽涞蔫F基磁性納米顆粒尺寸相對(duì)比較大（大于5納米），通常被作為t2造影劑。本發(fā)明通過(guò)使用芥酸鐵，油酸錳/鈷/鎳/鋅作為前驅(qū)物，制備出超小（小于5納米）的鐵基磁性納米晶，而且本發(fā)明所制備的超小鐵基磁性納米晶可以作為新型t1造影劑。

本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

一種鐵基磁性納米晶mfe2o4的制備方法，包括如下步驟：

（1）將三價(jià)鐵鹽與芥酸反應(yīng)生成前驅(qū)物1芥酸鐵；

（2）將二價(jià)金屬鹽與油酸反應(yīng)生成前驅(qū)物2，所述二價(jià)金屬離子為fe²⁺、mn²⁺、ni²⁺、co²⁺或zn²⁺；

（3）將前驅(qū)物1、前驅(qū)物2和表面活性劑溶入高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑高溫?zé)岱纸庵频描F基磁性納米晶mfe2o4，其中m為fe²⁺、mn²⁺、ni²⁺、co²⁺或zn²⁺。

在上述方法中，使用芥酸鐵作為前驅(qū)物，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)使用該前驅(qū)物可以制備出超小鐵基磁性納米晶。

上述步驟（3）中，所述表面活性劑選自油醇、油酸、油胺、10-22個(gè)碳原子的醇或胺、三正辛基氧化膦(topo)、三正辛基膦(top)、油酸鈉等。所述的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑為二苯醚（沸點(diǎn)257℃）、十六烯（沸點(diǎn)274℃）、二辛醚（沸點(diǎn)287℃）、二芐醚（沸點(diǎn)298℃）、十八烯（317℃）、二十烯（沸點(diǎn)330℃）、三辛胺（沸點(diǎn)365℃）。

上述步驟（3）中，所述表面活性劑與前驅(qū)物（1和2之和）的摩爾比為1:50-50:1。

上述步驟（3）中，在惰性氣體保護(hù)下將前驅(qū)物1、前驅(qū)物2、表面活性劑、高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑混合均勻，混合物先加熱到80-200℃保持10-120分鐘，然后升溫至200-350℃回流反應(yīng)10-120分鐘，反應(yīng)結(jié)束冷卻至室溫，加入乙醇/甲醇/丙酮得到沉淀，沉淀經(jīng)過(guò)離心洗滌后重新分散在氯仿/正己烷/甲苯中制備形成磁流體。

前驅(qū)物在溶劑中的摩爾濃度為0.001-100mmol/ml。

將前驅(qū)物1、前驅(qū)物2和表面活性劑溶入高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑高溫?zé)岱纸夥磻?yīng)，升溫速率為1-20℃/min。

將前驅(qū)物1、前驅(qū)物2和表面活性劑溶入高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑高溫?zé)岱纸夥磻?yīng)，優(yōu)選的反應(yīng)溫度為180-350℃。

由于上述方法制備的超小鐵基磁性納米晶具備磁共振t1增強(qiáng)特性，超小鐵基磁性納米晶應(yīng)用于造影劑增強(qiáng)的磁共振t1加權(quán)成像，特別是將超小鐵基磁性納米晶進(jìn)行表面修飾與靶向性修飾后用于活體磁共振成像，具體方法為：用水相分散的配體對(duì)制得的超小鐵基磁性納米晶進(jìn)行表面修飾與靶向性修飾后進(jìn)行活體磁共振成像。

表面修飾所用的配體選自聚乙二醇類(lèi)衍生物、脂質(zhì)體類(lèi)衍生物、多巴胺、3,4-二羥基苯基丙酸(3,4-dihydroxyhydrocinnamicacid)等生物相容性優(yōu)良的配體，靶向性修飾使用分子、rna、抗體等可靶向腫瘤的物質(zhì)。

作為優(yōu)選方案，所制備的超小鐵基磁性納米晶進(jìn)行膜過(guò)濾、超濾離心、透析等處理。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本發(fā)明所提供的超小鐵基磁性納米晶的制備方法操作簡(jiǎn)單、制備成本低。超小鐵基磁性納米晶產(chǎn)物具有純度高、粒徑小且粒徑分布窄、尺寸可控、低生物毒性等優(yōu)點(diǎn)，可以作為磁共振成像t1造影劑，具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是制備的芥酸鐵紅外光譜圖(ftir)；

圖2是制備的芥酸鐵的核磁共振氫譜圖¹hnmr；

圖3是制備的芥酸鐵質(zhì)譜圖；

圖4(a)和(d)是本發(fā)明實(shí)施例1所制備的2nmmnfe2o4納米晶的透射電鏡(tem)圖，圖4(b)和(e)是本發(fā)明實(shí)施例2所制備的3nmmnfe2o4納米晶的tem圖，圖4(c)和(f)是本發(fā)明實(shí)施例3所制備的3.9nmmnfe2o4納米晶的tem圖；

圖5本發(fā)明實(shí)施例中所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶的x射線粉末衍射(xrd)圖；

圖6(a)本發(fā)明實(shí)施例中所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶的磁化強(qiáng)度隨外加磁場(chǎng)變化圖（磁滯回線）；圖6(b)本發(fā)明實(shí)施例中所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶的磁化強(qiáng)度隨溫度變化圖；

圖7a本發(fā)明實(shí)施例中所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶進(jìn)行mri測(cè)試的t1加權(quán)信號(hào)圖；圖7b本發(fā)明實(shí)施例1所制備2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶進(jìn)行mri測(cè)試的1/t1-[fe+mn]濃度的曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

為使發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：2nmmnfe2o4納米晶的制備

（1）前驅(qū)體的合成

芥酸鐵：5g六水合三氯化鐵和18g芥酸溶于200ml甲醇，把混合溶液充分?jǐn)嚢韬?，向其中滴?00ml甲醇含4gnaoh的溶液。生成的沉淀用甲醇和超純水反復(fù)洗劑，放入真空干燥箱中30℃干燥4小時(shí)。

圖1是所制備的芥酸鐵的紅外光譜圖，從圖中可以看出，所制備的芥酸鐵顯示出羧酸配合物的特征振動(dòng)峰，芥酸鐵的特征振動(dòng)峰在1590cm^-1，1531cm^-1和1445cm^-1，其中1590cm^-1和1531cm^-1是芥酸鐵中羧基官能團(tuán)的非對(duì)稱(chēng)振動(dòng)峰；1445cm^-1是芥酸鐵的中羧基官能團(tuán)的對(duì)稱(chēng)振動(dòng)峰。

圖2是所制備的芥酸鐵的核磁共振氫譜圖。將少許芥酸鐵與油酸錳溶解在氘代氯仿中，裝入核磁管進(jìn)行測(cè)試。從圖2測(cè)試結(jié)果可以看出芥酸鐵不同化學(xué)環(huán)境下氫原子的化學(xué)位移與模擬結(jié)果都能匹配。

圖3是所制備的芥酸鐵的質(zhì)譜圖。將少許芥酸鐵與油酸錳分散在甲醇或乙腈中進(jìn)行質(zhì)譜分析。

油酸錳：4g四水合氯化錳和14g油酸溶于150ml甲醇，把混合溶液充分?jǐn)嚢韬?，向其中滴?00ml甲醇含4gnaoh的溶液。生成的沉淀用甲醇和超純水反復(fù)洗劑，放入真空干燥箱中30℃干燥4小時(shí)。

（2）2nmmnfe2o4納米晶的制備

分別稱(chēng)取3g芥酸鐵、2g油酸錳和0.5g油醇，將其溶解到8g二芐醚中，氮?dú)夥諊聰嚢璩浞只旌暇鶆颍?/p>

混合物以15℃/min的速率升溫至245℃，回流45min；

混合物降溫到室溫，10ml丙酮加到混合物，離心分離沉淀物，將沉淀物分散于10ml甲苯，重復(fù)3次。

實(shí)施例2：3nmmnfe2o4納米晶的制備

前驅(qū)物芥酸鐵和油酸錳的合成參考實(shí)施案例1。

3nmmnfe2o4納米晶的制備：

分別稱(chēng)取4g芥酸鐵、3g油酸錳、0.5g油醇和1g油酸，將其溶解到8g二辛醚中，氮?dú)夥諊聰嚢璩浞只旌暇鶆颍?/p>

混合物以15℃/min的速率升溫至245℃，回流45min；

混合物降溫到室溫，10ml甲醇加到混合物，離心分離沉淀物，將沉淀物分散于10ml正己烷，重復(fù)3次。

實(shí)施例3：3.9nmmnfe2o4納米晶的制備

前驅(qū)物芥酸鐵和油酸錳的合成參考實(shí)施案例1。

3.9nmmnfe2o4納米晶的制備：

分別稱(chēng)取5g芥酸鐵、3g油酸錳、1g油醇和1g油酸，將其溶解到8g十八烯中，氮?dú)夥諊聰嚢璩浞只旌暇鶆颍?/p>

混合物以15℃/min的速率升溫至255℃，回流45min；

混合物降溫到室溫，10ml乙醇加到混合物，離心分離沉淀物，將沉淀物分散于10ml氯仿，重復(fù)3次。

將大約2μl所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶滴在鍍有碳膜的cu網(wǎng)上，自然干燥后，做透射電鏡。圖4分別是實(shí)施案例1、2、3所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶tem圖。從圖中可以看出，所制備的2nm、3nm和4nmmnfe2o4納米晶粒徑均勻，對(duì)納米晶進(jìn)行尺寸分布統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示平均尺寸分別為2nm、3nm和3.9nm。

圖5是實(shí)施案例1、2、3所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶的xrd圖（cu/kα靶，λ=0.15418nm）。從圖2中可以看到反尖晶石結(jié)構(gòu)的mnfe2o4納米晶的（111）、（220）、（311）、（400）、（511）、（440）和（622）衍射峰，根據(jù)最強(qiáng)的（311）衍射峰的2θ=34.980°，由謝樂(lè)公式計(jì)算得到晶粒尺寸分別為2.07nm、2.98nm和4.29nmmnfe2o4納米晶。

圖6a是實(shí)施案例1、2、3所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶的磁化曲線。測(cè)試溫度為300k。從圖6a中可以看出，2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶的飽和磁化強(qiáng)度分別為18.59、24.91和29.18emu/g，其矯頑力和剩磁均為0，表明所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶均為超順磁性。圖6b是實(shí)施案例1、2、3所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶的磁化強(qiáng)度隨溫度變化圖。測(cè)試外加磁場(chǎng)為20oe。從圖6b中可以看出，2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶的轉(zhuǎn)變溫度分別為6、12.5和15k。

在對(duì)所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶進(jìn)行mri測(cè)試之前，要對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)水相：使用表面聚合物為磷酸化聚乙二醇單甲醚（po-mpeg），具體操作步驟見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利201110263936.x。

圖7a是對(duì)實(shí)施案例所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶轉(zhuǎn)水相后進(jìn)行mri測(cè)試的t1加權(quán)信號(hào)圖。從上到下依次為2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米水溶膠進(jìn)行mri測(cè)試的t1加權(quán)信號(hào)圖；每一排從左到右依次為濃度逐漸減低的mnfe2o4納米晶水溶膠。從圖7a中可以看出2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米溶膠均具有t1加權(quán)信號(hào)，而且，t1加權(quán)信號(hào)均隨著濃度的增加而增加。

圖7b中分別是本實(shí)施例1、2、3所制備的2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米晶轉(zhuǎn)水相后進(jìn)行mri測(cè)試的1/t1-[fe+mn]濃度曲線圖。由圖計(jì)算得，2nm、3nm和3.9nmmnfe2o4納米溶膠進(jìn)行mri測(cè)試的r1值分別為8.43、8.23和6.98mm^-1s^-1。

以上所述僅為發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制發(fā)明，凡在發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在發(fā)明的范圍之內(nèi)。