专利名称：一种适配体修饰的磁光双功能造影剂及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于生物医学材料领域，涉及一种适配体修饰的磁光双功能造影剂及其制备方法和应用。
背景技术：
随着科学技术的进步、人民生活的需要和纳米技术的发展，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。磁光双功能纳米材料以其良好地磁学和发光性能、独特的结构等特点，集磁性和发光于一体，在磁学、荧光、生物、医药等领域广泛应用；特别是在超高密度信息存储、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磁光双功能纳米材料的物理、化学及药理性质如化学组成、粒度大小、磁功能、光功能、晶体结构、表面形貌、溶解性及毒性等都有严格的要求。实现具有磁光双功能的纳米材料在生化及医学等领域的应用， 必须满足以下条件1.对肿瘤细胞具有靶向性，1.同时具有磁学和荧光成像模式；2.发光体荧光不容易猝灭；3.具有水溶性；4.具有较好的单分散性；5具有良好的体外或体内成像效果。现有技术制备水溶性磁性纳米粒子，在纳米粒子表面修饰的主要手段有机聚合物包覆、配体交换。有机聚合物包覆，容易造成粒子团聚，纳米粒子溶解性不稳定。配体交换方法时间效率低，制备过程复杂。采用上述现有技术制备的磁性纳米粒子接上发光材料后，最明显的缺点是容易导致表面连接的荧光配体荧光猝灭，从而较难实现磁光双功能的目的。现有技术制备的磁光双功能纳米粒子的缺点是1.只具有磁学性质，光学性质不稳定；2.发光体荧光容易猝灭，3.对肿瘤细胞无靶向性。由于制备的磁光双功能纳米粒子具有上述缺点，无法满足在生化及医学等领域的应用条件，限制了磁光双功能纳米粒子的应用。因此发明一种制备靶向的磁光双功能纳米粒子是十分重要的。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制备磁光双功能纳米粒子的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种适配体修饰的磁光双功能造影剂，并提供其制备方法和用途。为了实现本发明的目的，所采用的技术方案如下一种适配体修饰的磁光双功能造影剂的制备方法，包括以下步骤(1)乙酰丙酮合锰前驱体溶解于油胺中，在氮气气氛，160 180°C下恒温反应8 12h，分离所得物质，即得表面油胺配位的油溶性四氧化三锰纳米粒子；(2)将所制备油溶性四氧化三锰纳米粒子溶于环己烷，加入正硅酸四乙酯，反应 10 30min后加入氨水，继续反应10 36h，然后加入3-氨基丙基-三乙氧基硅烷反应 10 36h，用丙酮沉淀，静置1 2h，分离所得物质，制得二氧化硅包覆的表面带有氨基的水
3溶性四氧化三锰纳米粒子；(3)将所制备的二氧化硅包覆的水溶性四氧化三锰纳米粒子溶解于无水N，N 二甲基酰胺中，加入与氨基的摩尔比为1 1 1 2的异硫氰酸罗丹明，氮气气氛下避光反应 10 36h ；分离所得物质，得具有磁光双功能的二氧化硅包覆的四氧化三锰纳米粒子；(4)将所得具有磁光双功能的二氧化硅包覆的四氧化三锰纳米粒子溶解于磷酸盐缓冲溶液中，加入与剩余氨基量摩尔比为1 1 2 1的分子量为600 800双羧基聚乙二醇，反应12 Mh，离心，用磷酸盐缓冲溶液洗涤，然后加入含有适配体的磷酸盐水溶液，反应10 36h，得适配体修饰的磁光双功能造影剂。步骤(1)乙酰丙酮合锰前驱体油胺的质量比为1 20 1 30。步骤O)中正硅酸四乙酯四氧化三锰的质量比为1 30 50。步骤O)中3-氨基丙基-三乙氧基硅烷正硅酸四乙酯的质量比为1 3 1 5。步骤C3)中二氧化硅包覆的水溶性四氧化三锰纳米粒子与无水N，N二甲基酰胺质量体积比为2 1 4 lmg/mL。步骤(3)中二氧化硅包覆的四氧化三锰纳米粒子在磷酸盐缓冲溶液的质量体积比为 2 1 4 lmg/mL。步骤⑷中适配体的加入量与双羧基聚乙二醇的摩尔比为1 1000 100 1000。适配体的序列为5，-TTGGTGGTGGTGGTTGTGGTGGTGGTGG-3，。采用上述技术方案所制备的适配体修饰的磁光双功能造影剂，包括二氧化硅包覆的四氧化三锰纳米粒子，其中四氧化三锰纳米粒子的直径为6 8nm，二氧化硅包覆层的厚度为8 12nm，二氧化硅包覆层表面带有氨基并通过氨基与异硫氰酸罗丹明分子和双羧基聚乙二醇偶合，所述双羧基乙二醇再连接带有氨基的适配体，可用于T1磁共振成像。如所述适配体的序列为5，-TTGGTGGTGGTGGTTGTGGTGGTGGTGG-3’，所制备的适配体修饰的磁光双功能造影剂还可用于Hela细胞靶向检测。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，然后将该纳米粒子表面包覆二氧化硅，不但纳米粒子具有水溶性同时表面带有大量的氨基，然后通过异硫氰酸罗丹明(RBITC)与部分氨基作用连接到纳米粒子表面，使得纳米粒子也具有了很好的发光性能，然后在剩余氨基上连接双羧基聚乙二醇，然后再接入带有氨基的适配体。这种结构的特点是表面有机发光材料与具有磁性的纳米粒子核距离相对较大，发光材料不会因为磁性纳米粒子核的磁性影响导致荧光猝灭，从而合成以适配体为靶向的磁光双功能的水溶性四氧化三锰纳米粒子造影剂。通过上述技术方案，本发明制得的磁光双功能四氧化三锰纳米粒子粒径均一，磁性稳定，发光性能好，荧光不易猝灭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，在医药和生物领域应用广泛。
图1是本发明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。图2是本发明合成的包覆二氧化硅外壳后表面有大量氨基的四氧化三锰纳米粒子的透射电子显微镜图谱。图3是本发明合成的具有靶向性的磁光双功能四氧化三锰纳米粒子对HeLa细胞的毒性分析图。图4是本发明合成的包覆二氧化硅外壳前、后的四氧化三锰纳米粒子以及接入罗丹明和双羧基聚乙二醇的红外线图谱(IR图)。图5是本发明合成的适配体修饰的磁光双功能造影剂在水溶液中的T1核磁共振成像图。图6是本发明合成的适配体修饰的磁光双功能造影剂在水溶液中的1/ \相对于 Mn2+浓度拟合的直线图。图7是本发明合成的适配体修饰的磁光双功能造影剂在HeLa细胞中的T1核磁共振成像图。图8是本发明合成的适配体修饰的磁光双功能造影剂及非靶向的磁光双功能纳米粒子在HeLa细胞中的荧光共聚焦成像图。图9是本发明合成的适配体修饰的磁光双功能造影剂在裸鼠体内T1核磁共振成像图。
具体实施例方式下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。实施例(1)制备表面油胺配位油溶性四氧化三锰纳米粒子取0.4g乙酰丙酮合锰前驱体溶解于10. 13g油胺中，抽真空，在氮气氛围中磁力搅拌，快速加热到180°C，恒温反应9h ；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 6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。其透射电子显微镜图谱如图1所示，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7nm左右。(2)制备配制表面活性剂的环己烷溶液将7mL α-(4-壬基苯基)-ω-羟基-聚(氧化-1，2_联乙烷)(30mmol) (Ig印al C0-520)表面活性剂，加入到50mL环己烷溶液中，超声溶解60min。(3)取30mg步骤(1)制备的油溶性四氧化三锰纳米粒子，加入50mL环己烷溶液中，超声溶解10 60min。(4)将步骤O)、(3)制得的两种溶液混合，超声溶解均勻，置入容器中，加入Img 正硅酸四乙酯，常温搅拌15min后加入0. 8mL25%的氨水，调节pH至9左右，继续常温搅拌 24h,然后加入0. 3mg3-氨基丙基-三乙氧基硅烷，再常温搅拌Mh，用20mL丙酮沉淀，静置 lh，离心分离，分别用乙醇和水各洗涤2 6次，制得表面有大量氨基的二氧化硅包覆的水溶性四氧化三锰纳米粒子。其透射电子显微镜图谱如图2所示，由图可知该纳米粒子在水溶液中具有良好的单分散性，粒径均一，大约30nm左右。测得其氨基密度为2. 4*10_4mol/
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(5)制备磁光双功能四氧化三锰纳米粒子取步骤⑷制备四氧化三锰纳米粒子30mg(7. 2*10_6mOl氨基)，溶解于IOmL无水 N，N 二甲基酰胺中；加入aiig(3. 6*10_6mol)异硫氰酸罗丹明；密封抽真空，氮气保护；锡箔纸避光；室温搅拌24h ；离心分离，用无水乙醇洗涤2 6次，制得有二氧化硅包覆具有磁光双功能的水溶性四氧化三锰纳米粒子。测得剩余氨基密度为1. 0*10_4mOl/g。(6)制备适配体修饰的磁光双功能造影剂将步骤(5)制备的磁光双功能纳米粒子30mg (3*10_6mol氨基)，溶解于IOmL磷酸盐缓冲溶液中，加入3 μ L分子量为600的双羧基聚乙二醇(6*10_6mol)，磁力搅拌12h，离心，用磷酸盐缓冲溶液洗两遍，然后加入含有3. 75*l(T9m0l 11. 25*l(T9m0l (1 30D)适配体的磷酸盐水溶液0. 5mL,磁力搅拌Mh，得具有靶向性的磁光双功能四氧化三锰纳米粒子，即本发明的适配体修饰的磁光双功能造影剂，适配体的序列为5’ -TTGGTGGTGGTGGTTGTGGTGGTGGTGG-3，。以合成的具有靶向性的磁光双功能四氧化三锰纳米粒子对HeLa细胞进行毒性分析，结果如图3所示，由图可知，该纳米粒子经过1 和24h孵育后几乎无毒性。图4是本发明合成的包覆二氧化硅外壳前、后的四氧化三锰纳米粒子以及接入罗丹明和聚乙二醇的红外线图谱(IR图)；包裹前的表面为油胺的四氧化三锰纳米粒子， 422^,516^1左右为四氧化三锰粒子的锰氧键伸缩振动产生的特征峰，1120CHT1左右为纳米粒子表面的油胺C-N伸缩振动，163 !^1左右为纳米粒子表面的油胺C = C的伸缩振动，2925cm—1为纳米粒子表面的油胺C-H的伸缩振动；包覆二氧化硅以后，可以明显看到1057CHT1左右为Si-O-Si不对称伸缩振动，45201^,78301^,9560^1左右为二氧化硅的 δ Si-O形变振动特征峰，1561cm-1左右为纳米粒子表面的油胺N-H的弯曲振动1639CHT1为纳米粒子表面的油胺C = C的伸缩振动，由于反应时加入了 APS，所以二氧化硅包覆的四氧化三锰纳米粒子表面带有氨基，3427cm—1可能为-NH2的弯曲振动。图5是本发明合成的适配体修饰的磁光双功能造影剂在水溶液中的T1核磁共振成像图，随着纳米粒子浓度增加，图像逐渐变亮，可以作为T1造影剂。图6是本发明合成的适配体修饰的磁光双功能造影剂在水溶液中的1/ \相对于 Mn2+浓度拟合的直线图；图中直线的斜率即为横向驰豫率R1，图6表明制备的水溶性四氧化三锰纳米粒子有较强的驰豫能力，横向驰豫率R1达到0. SSmr1sA图7是本发明合成的适配体修饰的磁光双功能造影剂在HeLa细胞中的T1核磁共振成像图，纳米粒子浓度分别为O μ g/mLUO μ g/mL、20 μ g/mL、50 μ g/mLUOO μ g/mL,由图可知随着纳米粒子浓度增加，图像逐渐变亮，纳米粒子在细胞内成像效果较好。图8是本发明合成的具有靶向性的适配体修饰的磁光双功能造影剂及非靶向的磁光双功能纳米粒子在HeLa细胞中的荧光共聚焦成像图，由图可知。具有靶向性德适配体修饰的磁光双功能纳米粒子成像效果明显优于非靶向的磁光双功能纳米粒子，说明具有靶向性的适配体修饰的磁光双功能纳米粒子对Hela细胞具有靶向性。图9是本发明合成的适配体修饰的磁光双功能造影剂在裸鼠体内T1核磁共振成像图，分别为0h、iau24h的T1核磁共振成像图，由图可知具有靶向性的适配体修饰的磁光双功能纳米粒子在体内具有良好成像效果。上述实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
权利要求
1.一种适配体修饰的磁光双功能造影剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)乙酰丙酮合锰前驱体溶解于油胺中，在氮气或惰性气体气氛，160 180°C下恒温反应8 12h，分离所得物质，即得表面油胺配位的油溶性四氧化三锰纳米粒子；(2)将所制备油溶性四氧化三锰纳米粒子溶于环己烷，并加入表面活性剂分散均勻； 加入正硅酸四乙酯，反应10 30min后加入氨水调节ph至8 10，继续反应10 36h，然后加入3-氨基丙基-三乙氧基硅烷反应10 36h，用丙酮沉淀，静置1 2h，分离所得物质，制得二氧化硅包覆的表面带有氨基的水溶性四氧化三锰纳米粒子；(3)将所制备的二氧化硅包覆的水溶性四氧化三锰纳米粒子溶解于无水N，N二甲基酰胺中，加入与氨基的摩尔比为1 1 1 2的异硫氰酸罗丹明，氮气气氛下避光反应10 36h ；分离所得物质，得具有磁光双功能的二氧化硅包覆的四氧化三锰纳米粒子；(4)将所得具有磁光双功能的二氧化硅包覆的四氧化三锰纳米粒子溶解于磷酸盐缓冲溶液中，加入与剩余氨基量摩尔比为1 1 2 1的分子量为600 800双羧基聚乙二醇，反应12 Mh，离心，用磷酸盐缓冲溶液洗涤，然后加入含有适配体的磷酸盐水溶液，反应10 36h，得适配体修饰的磁光双功能造影剂。
2.根据权利要求1所述的适配体修饰的磁光双功能造影剂的制备方法，其特征在于， 步骤(1)乙酰丙酮合锰前驱体与油胺的质量比为1 20 1 30。
3.根据权利要求1所述的适配体修饰的磁光双功能造影剂的制备方法，其特征在于， 步骤O)中正硅酸四乙酯与四氧化三锰的质量比为1 30 50。
4.根据权利要求1所述的适配体修饰的磁光双功能造影剂的制备方法，其特征在于， 步骤O)中3-氨基丙基-三乙氧基硅烷正硅酸四乙酯的质量比为1 3 1 5。
5.根据权利要求1所述的适配体修饰的磁光双功能造影剂的制备方法，其特征在于， 步骤C3)中二氧化硅包覆的水溶性四氧化三锰纳米粒子与无水N，N二甲基酰胺的质量体积比为 2 1 4 lmg/mL。
6.根据权利要求1所述的适配体修饰的磁光双功能造影剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中二氧化硅包覆的四氧化三锰纳米粒子与磷酸盐缓冲溶液的质量体积比为 2 1 4 lmg/mL。
7.根据权利要求1所述的适配体修饰的磁光双功能造影剂的制备方法，其特征在于， 步骤中适配体的加入量与双羧基聚乙二醇的摩尔比为1 1000 100 1000。
8.根据权利要求1所述的适配体修饰的磁光双功能造影剂的制备方法，其特征在于， 适配体的序列为5，-TTGGTGGTGGTGGTTGTGGTGGTGGTGG-3，。
9.权利要求1 8所述任意一项制备方法所制备的适配体修饰的磁光双功能造影剂， 其特征在于，包括二氧化硅包覆的四氧化三锰纳米粒子，其中四氧化三锰纳米粒子的直径为6 8nm，二氧化硅包覆层的厚度为8 12nm，二氧化硅包覆层表面带有氨基并通过氨基与异硫氰酸罗丹明分子和双羧基聚乙二醇偶合，所述双羧基乙二醇再连接带有氨基的适配体。
10.权利要求9所述的适配体修饰的磁光双功能造影剂，其特征在于，所述适配体的序列为5’ -TTGGTGGTGGTGGTTGTGGTGGTGGTGG-3，。
11.权利要求9或10所述的造影剂用于T1磁共振成像。
12.权利要求10所述的造影剂用于Hela细胞靶向检测。
全文摘要
本发明公开了一种适配体修饰的磁光双功能造影剂及其制备方法和应用，该造影剂包括二氧化硅包覆的四氧化三锰纳米粒子，其中四氧化三锰纳米粒子的直径为6～8nm，二氧化硅包覆层的厚度为8～12nm，二氧化硅包覆层表面带有氨基并通过氨基与异硫氰酸罗丹明分子和双羧基聚乙二醇偶合，所述双羧基乙二醇再连接带有氨基的适配体。本发明所得造影剂单分散和生物兼容性好，且具有靶向性，可作为一种很好的T1磁共振成像造影剂，并且对肿瘤细胞具有良好的靶向性，在医药和生物领域具有广泛应用价值；本发明的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。
文档编号A61K49/18GK102397566SQ20111036103
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者代安涛, 安璐, 张崇琨, 杨仕平, 汪娟娟, 胡鹤, 黄国胜 申请人:上海师范大学