T₁-T₁协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法及其生物应用的制作方法

专利名称：T₁-T₁协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法及其生物应用的制作方法
技术领域：
本发明属于造影剂技术领域，涉及一种增强型影像造影剂的制备方法及其生物应用，具体地说是一种!^!^协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法及其生物应用。
背景技术：
从CT诞生起，影像医学走过了 40年的高速发展期。今天，我们拥有了性能极为强大的影像设备320层CT，7T磁共振，PET-CT，一种影像设备的显示能力极限是由其原理决定的。CT，是用X线加上旋转采集来成像。成像的时间在亚秒水平。旋转过程中滑环必然产生抖动，X线强度在不停波动，人体血液和器官在运动，这些都决定了其空间分辨率只能局限在亚毫米水平，永远不可能显示腺体级及细胞级解剖结构。CT的最后一个临床应用·冠脉显示已经实现，未来不会再有什么大突破了。磁共振的原理是分子特异性对比度，但是由于信噪比限制，只有同样的分子达到一定数量才可显影。磁共振的另一显示能力是微观的运动，包括血液的运动和水的弥散运动，但同样需要基于足够多的分子。因而磁共振也不能显示腺体级和细胞级的结构。说到PET，本文的主角开始登场了一造影剂。如果没有造影剂，PET将不能形成任何影像。造影剂是一种外加给人体的物质，通过某种机理改变图像信息，增加图像诊断信息。当造影剂不发达时，我们只能通过不断提高影像设备的性能来显示更多解剖细节，进而提高病变的发现能力。这不仅大幅提高了检查成本，也大幅提高了医生的阅片工作量。而当有了造影剂之后，我们只需最基本的影像设备成像性能，只要能够显示造影剂即可，因为造影剂在哪里，病变就在哪里。当我们可以开发出多种病变特异性造影剂时，可以轻松获得诊断。所以要想推动未来医学的发展，必须要研究出更发达的造影剂，这事迫在眉睫。人们对纳米材料的研究已深入到越来越小的尺度范围，以及越来越多的功能特征。纳米造影剂超高密度信息存储、生物分子识别、药物传输等方面具有极其重要的应用，成为国际科技界的重大研究课题。生化及医学等领域对纳米造影剂的物理、化学及药理性质如化学组成、粒度大小、磁功能、晶体结构、表面形貌、溶解性及毒性等都有严格的要求。实现更好效果的纳米造影剂在生化及医学等领域的应用，必须满足以下条件1.低毒性；3.具有水溶性；4.具有较好的单分散性；5具有良好的或体内成像效果。本发明通过配体交换成水溶性的纳米粒子，然后在粒子表面接上大量羧基，然后通过羧基的螯合作用螯合上钆。使得纳米粒子具有锰钆结合的更强成像效果，同时具有良好的分散性和水溶性。本发明合成方法简单，反应条件温和、所需原材料易得、价格低廉、操作过程方便、无环境污染等优点。使用简单的反应装置即可制备粒径均一、分散性好、水溶性好的具有与钆有协同作用的四氧化三锰纳米粒子。经广泛检索国内外专利文件和公开出版物，均未见有与本发明相同的具有协同效应的纳米粒子研究方法。本发明具有新颖性、创造性、实用性。

发明内容
本发明的目的是提供一种成像效果好，具有良好分散性和水溶性，同时合成方法简单的造影剂，即T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备及其生物应用。本发明的目的是这样实现的一种Tl-Tl协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法，包括如下步骤(I)将MnCl2 · 4H20溶于水中，加入乙酰丙酮，室温下搅拌30_40min ;再加入三乙胺，过滤得沉淀物；将沉淀物加入到乙醇与水的混合溶液中，加热至75-80°C，搅拌至完全溶解；室温冷却，过滤，得乙酰丙酮合锰前驱体；(2)将制得的乙酰丙酮合锰前驱体溶解于油胺中，在氮气氛围中磁力搅拌，缓慢加热到140-145°C，恒温反应5-6h，冷却至室温后离心分离；分离后的物质用无水乙醇连续洗 3-5次，制得表面油胺配位的褐色物质油溶性四氧化三锰纳米粒子；(3)将步骤(2)中制得的纳米粒子溶于油胺中，超声；加入乙酰丙酮合锰前驱体，在氮气氛围中磁力搅拌，缓慢加热到220-230°C，恒温反应10-12h ;冷却至室温后离心分离；分离后的物质用无水乙醇连续洗3-5次；真空干燥；制得表面油胺配位的褐色物质油溶性四氧化三锰纳米粒子；(4)向阿伦磷酸钠中加入蒸馏水，再加入四丁基氢氧化铵使阿伦磷酸钠全部溶解；将步骤(3)中四氧化三锰纳米粒子溶于无水乙醇中，加入上述阿伦磷酸钠的溶液中，搅拌反应9-10h，离心分离；分离后用无水乙醇洗涤3-5次，真空干燥，制得表面带有大量氨基的水溶性四氧化三锰纳米粒子；(5 )取步骤(4 )制得水溶性四氧化三锰纳米粒子和二乙基三胺五乙酸(DTPA)分别溶解于无水N，N二甲基酰胺(DMF)，混合后在氮气氛围中搅拌10-12h;离心分离，分别用乙醇和水各洗涤2-3次，制得表面有大量羧基的水溶性四氧化三锰纳米粒子；(6)将硝酸钆溶于Tris溶液中，加入步骤(5)制备水溶性四氧化三锰纳米粒子，密封抽真空，氮气保护下室温搅拌9-10h ;离心分离，用无水乙醇洗涤5-7次，制得钆螯合的四氧化三猛纳米粒子。步骤(I)中乙醇与水的混合溶液中乙醇与水的体积比为3-5:1，优选4:1。步骤(4)中的四氧化三猛纳米粒子与阿伦磷酸钠的质量比为1:35-45,优选1:40。步骤(5)中的水溶性四氧化三锰纳米粒子与二乙基三胺五乙酸的质量比为
4-6:2，优选5:2。步骤(6 )中的水溶性四氧化三锰纳米粒子与硝酸钆的质量比为4-6:2，优选5:2。本发明首先通过热分解的方法进行制备油溶性的磁性纳米粒子，然后通过配体交换使纳米粒子转变为水溶性，而且表面带有大量的氨基，然后接上二乙基三胺五乙酸(DTPA)使得纳米粒子表面有大量的羧基，最后通过螯合作用接上钆。从而实现合成锰和钆的螯合，形成锰钆共同作用的纳米粒子造影剂。本发明的优点是I.制得的锰钆螯合的纳米粒子稳定性好；2.制备的粒子粒径均匀、分散性好、水溶性好；3.原材料易得、价格低廉；
4.对T1成像有增强的作用；5.对T1造影剂的研究有探究性的贡献。


图I是合成的油溶性的四氧化三锰纳米粒子的X衍射图谱。图2是合成的表面有机配体是油胺的四氧化三锰纳米粒子的透射电子显微镜图谱(TEM图)，图2表明四氧化三锰纳米粒子在环己烷中具有较好的单分散性，粒径为11纳米左右。
图3是与阿伦磷酸钠配体交换后表面有大量氨基的四氧化三锰纳米粒子在水溶液中的T1核磁共振成像图，表明该纳米粒子具有良好的T1成像效果。图4是本发明合成表面带有大量羧基的四氧化三锰纳米粒子的水溶液中T1核磁共振成像图，与上面对比成像效果更好，Γι值更大。图5是商用二乙基三胺五乙酸螯合钆的化合物T1核磁共振成像图。图6是螯合接上钆后的四氧化三锰纳米粒子在水溶液中的T1核磁共振成像图，从该图可以看出螯合钆后的四氧化三锰纳米粒子在T1成像效果中比单独的锰和单独的钆有明显的优势。图7是合成阿伦磷酸钠配体交换后的四氧化三锰纳米粒子在HeLa细胞中的T1核磁共振成像图，纳米粒子浓度分别为I、10、20、50、100微克每晕升。图8是上述纳米粒子表面接上二乙基三胺五乙酸后的四氧化三锰纳米粒子在HeLa细胞中的T1核磁共振成像图，纳米粒子浓度分别为I、10、20、50、100微克每毫升。图9是螯合钆后的四氧化三锰纳米粒子在HeLa细胞中T1核磁共振成像图，纳米粒子浓度分别为I、10、20、50、100微克每毫升。
具体实施例方式以锰钆螯合的四氧化三锰纳米粒子的制备方法，包括如下步骤( I)制备乙酰丙酮合锰前驱体取2. 5克MnCl2 · 4Η20溶解在15mL水中；向上述溶液中加5. OmL乙酰丙酮；室温下搅拌30min ;加入5. OmL三乙胺；抽取反应液中的黄色沉淀物并过滤；配制体积比为4:1的乙醇与水混合溶液，将抽取过滤得到的黄色固体加到乙醇、水混合溶液中，加热至75-80°C，搅拌至完全溶解使溶液呈棕色透明液体；室温冷却，过滤溶液中黄色针状结晶，得乙酰丙酮合锰前驱体；(2)制备表面油胺配位油溶性四氧化三锰纳米粒子种子取上述步骤制得到的O. 4克乙酰丙酮合锰前驱体溶解于9. 5克油胺中，抽真空，在氮气氛围中磁力搅拌，缓慢加热到140°C，恒温反应5h ;冷却至室温后离心分离；分离后的物质用无水乙醇连续洗3次；制得表面油胺配位的褐色物质油溶性四氧化三锰纳米粒子；(3)种子法制备粒径较大的四氧化三锰纳米粒子将步骤(2)中制得的纳米粒子溶于16g的油胺中，超声；加入O. 6g乙酰丙酮合锰前驱体，抽真空，在氮气氛围中磁力搅拌，缓慢加热到220°C，恒温反应IOh ;冷却至室温后离心分离；分离后的物质用无水乙醇连续洗3次；真空干燥；制得表面油胺配位的褐色物质油溶性四氧化三锰纳米粒子；(4)制备水溶性的四氧化三锰纳米粒子将步骤(3)中四氧化三猛纳米粒子取30mg溶于2mL的无水乙醇中；取I. 2g阿伦磷酸钠；加入20mL蒸馏水；再加入四丁 基氢氧化铵使阿伦磷酸钠全部溶解；然后缓慢加入四氧化三锰纳米粒子；搅拌反应9h ;离心分离；分离后用无水乙醇洗涤3次；真空干燥；制得表面带有大量氨基的水溶性四氧化三锰纳米粒子；(5)取步骤(4)制得水溶性纳米粒子20mg溶解于无水N，N二甲基酰胺(DMF)，称取二乙基三胺五乙酸(DTPA)7. 9mg溶于8mLDMF中，将两者溶液超声溶解均匀，置入容器中，抽真空，在氮气氛围中搅拌IOh ;离心分离，分别用乙醇和水各洗涤2次，制得表面有大量羧基的水溶性四氧化三锰纳米粒子；(6)制备钆螯合的四氧化三锰纳米粒子取步骤(5)制备水溶性四氧化三猛纳米粒子20mg ;取IOmL Tris溶液溶解8mg硝酸钆置入容器中，密封抽真空，氮气保护；室温搅拌9h ;离心分离，用无水乙醇洗涤5次，制得钆螯合的四氧化三锰纳米粒子。以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1.一种T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)将MnCl2· 4H20溶于水中，加入乙酰丙酮，室温下搅拌30-40min ;再加入三乙胺，过滤得沉淀物；将沉淀物加入到乙醇与水的混合溶液中，加热至75-80°C，搅拌至完全溶解；室温冷却，过滤，得乙酰丙酮合锰前驱体； (2)将制得的乙酰丙酮合锰前驱体溶解于油胺中，在氮气氛围中磁力搅拌，缓慢加热到140-145°C，恒温反应5-6h，冷却至室温后离心分离；分离后的物质用无水乙醇连续洗3_5次，制得表面油胺配位的褐色物质油溶性四氧化三锰纳米粒子； (3)将步骤(2)中制得的纳米粒子溶于油胺中，超声；加入乙酰丙酮合锰前驱体，在氮气氛围中磁力搅拌，缓慢加热到220-230°C，恒温反应10-12h ;冷却至室温后离心分离；分离后的物质用无水乙醇连续洗3-5次；真空干燥；制得表面油胺配位的褐色物质油溶性四氧化三猛纳米粒子； (4)向阿伦磷酸钠中加入蒸馏水，再加入四丁基氢氧化铵使阿伦磷酸钠全部溶解；将步骤(3)中四氧化三锰纳米粒子溶于无水乙醇中，加入上述阿伦磷酸钠的溶液中，搅拌反应9-10h，离心分离；分离后用无水乙醇洗涤3-5次，真空干燥，制得表面带有大量氨基的水溶性四氧化三锰纳米粒子； (5)取步骤(4)制得水溶性四氧化三锰纳米粒子和二乙基三胺五乙酸(DTPA)分别溶解于无水N，N二甲基酰胺(DMF)，混合后在氮气氛围中搅拌10-12h;离心分离，分别用乙醇和水各洗涤2-3次，制得表面有大量羧基的水溶性四氧化三锰纳米粒子； (6)将硝酸钆溶于Tris溶液中，加入步骤(5)制备水溶性四氧化三锰纳米粒子，密封抽真空，氮气保护下室温搅拌9-10h ;离心分离，用无水乙醇洗涤5-7次，制得钆螯合的四氧化三锰纳米粒子。
2.权利要求I所述的T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(I)中乙醇与水的混合溶液中乙醇与水的体积比为3-5:1。
3.权利要求2所述的T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(I)中乙醇与水的混合溶液中乙醇与水的体积比为4:1。
4.权利要求I所述的T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的四氧化三锰纳米粒子与阿伦磷酸钠的质量比为1:35-45。
5.权利要求4所述的T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的四氧化三锰纳米粒子与阿伦磷酸钠的质量比为1:40。
6.权利要求I所述的T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(5)中的水溶性四氧化三锰纳米粒子与二乙基三胺五乙酸的质量比为4-6:2。
7.权利要求6所述的T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(5)中的水溶性四氧化三锰纳米粒子与二乙基三胺五乙酸的质量比为5:2。
8.权利要求I所述的T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(6)中的水溶性四氧化三锰纳米粒子与硝酸钆的质量比为4-6:2。
9.权利要求8所述的T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(6)中的水溶性四氧化三锰纳米粒子与硝酸钆的质量比为5:2。
10.T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子，其特征在于，按照权利要求1-9任意一项所述的方法制备。
11.权利要求10制备的T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子应用于MRI成像。
全文摘要
本发明公开了一种T1-T1协同作用钆螯合四氧化三锰纳米粒子的制备方法及其生物应用，该方法首先合成乙酰丙酮锰，然后以油胺为溶剂，利用高温热解方法合成油溶性四氧化三锰纳米粒子，然后利用配体交换的方法用阿伦磷酸钠交换到四氧化三锰纳米粒子表面形成表面带有大量氨基的纳米粒子。然后在氨基表面接上二乙基三胺五乙酸，使纳米粒子表面带有大量羧基，最后利用螯合作用使大量的羧基和钆螯合，从而得到钆螯合的四氧化三锰纳米粒子。这种制备方法对设备的要求很低，操作过程方便，所需原料价格低廉，副产物无公害。最后经过体外和体内磁共振成像实验测试，说明其T1磁共振成像造影效果比单独的锰和单独的钆都有增强作用。
文档编号B82Y30/00GK102923782SQ201210452070
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者杨仕平, 汪娟娟, 周治国, 陈冬梅, 杨昕仪, 孔斌 申请人:上海师范大学