基于上转换材料钆螯合物双功能造影剂的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于上转换材料钆螯合物双功能造影剂的制备方法，制备步骤如下：以上转换纳米材料为基质，通过正硅酸乙酯（TEOS）和3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APTES）共同作用制备表面氨基化二氧化硅。进一步地，以1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）为偶联剂，将螯合剂与表面氨基化二氧化硅连接，最后与钆盐反应，形成钆螯合物，即可得到上转换材料和钆螯合物结合的双功能造影剂。本发明所用原料生物安全性高，部分已是商业化产品。其制备方法工艺简单，可操作性强，能进一步满足生产和应用。所制备的双功能造影剂具有良好的物理化学稳定性、发光性能和磁共振成像性能。
【专利说明】基于上转换材料钆螯合物双功能造影剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种造影剂及其制备方法，特别是涉及一种基于上转换材料钆螯合物双功能造影剂及其制备方法，属于纳米生物医药材料领域。
【背景技术】
[0002]在当今的癌症临床诊断中，磁共振成像(MRI)技术已成为最有力的检测手段之一。此技术已广泛应用于人体组织或器官的检查，特别用于肿瘤的早期诊断，可使治疗成功率有很大程度的提高。但是，当MRI用来监测微小组织的病灶、分子活动或者细胞活动时灵敏度并不高。因此，为确保临床诊断的灵敏度和准确性，45%以上的MRI检查需要使用造影剂提高图像对比度。近年来，随着MRI成像新技术的发展及其在临床诊断中的应用，MRI造影剂的研究和开发面临更大的挑战。其中，双功能造影剂的制备和应用已成为研究的热点之
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[0003]双功能造影剂是指将MRI和光学成像结合使用以改善和/或增强从体内获得的图像。传统的双功能造影剂研究中，光学成像物质主要包括:有机染料(中国发明专利:包括荧光染料和MRI造影剂的双功能造影剂，但是，这些物质存在着明显的缺陷。例如，有机染料的光稳定性差，吸收和发射波长较宽；而半导体量子点化学稳定性差，毒性较大；更为突出的是，有机染料和半导体量子点的激发波长均较短，对机体存在潜在的伤害。因此，安全、高效的双功能造影剂的制备和应用仍然是研究的热点。目前，稀土上转换材料已证明在生物领域有很好的应用。基于MRI和稀土上转换材料荧光成像的双功能造影剂亦受到越来越广泛的关注。另外，传统的双功能造影剂研究中，MRI物质主要为超顺磁性氧化铁。但是，超顺磁性氧化铁易引起磁共振信号的降低，造影剂信号与周围组织信号的混淆。而普遍商业化应用的造影剂多为钆螯合物，如钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)，则很少在双功能造影剂中得到研究，特别是上转换材料和钆螯合物结合的双功能造影剂未见报道。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种以上转换纳米材料为荧光成像物质、钆螯合物为磁共振成像物质的双功能造影剂的合成方法。该方法可选择性制备不同上转换纳米材料和不同表面嫁接数量的双功能造影剂。该双功能造影剂具有粒径小、结晶度高、分散均匀、性能稳定、荧光和磁共振信号均较强的特点。所得的产物能满足临床应用的需求。
`[0005]为实现这样的目的，在本发明的技术方案中，以上转换纳米材料为基质，通过正硅酸乙酯(TEOS)和3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTES)共同作用制备表面氨基化二氧化硅。进一步地，以1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)为偶联剂，将螯合剂与表面氨基化二氧化硅连接，最后与钆盐反应，形成钆螯合物，即可得到上转换材料和钆螯合物结合的双功能造影剂。
[0006]本发明提供一种基于上转换材料钆螯合物双功能造影剂的制备方法，其特征在于:
[0007](I)将10~200毫克上转换纳米材料分散于5~50毫升乙醇溶液中，超声40分钟后，加入I~10毫升15%氨水(NH3.H2O)溶液；在搅拌条件下，依次加入正硅酸乙酯(TEOS)和3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTES)，搅拌0.5~5小时；其中正硅酸乙酯与上转换纳米材料的摩尔比为0.1:1~0.5:1，正硅酸乙酯与3-氨基丙基三甲氧基硅烷摩尔比为1:1~1:10，搅拌0.5~5小时，得溶液a;
[0008](2)在50毫升二甲基亚砜(DMSO)中加入与3-氨基丙基三甲氧基硅烷等摩尔的螯合剂，完全溶解后加入与螯合剂等摩尔的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3- 二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(EDC)，室温下搅拌24小时，得溶液b ;
[0009](3)将溶a和溶液b混合搅拌24小时后，加入钆含量与螯合剂等摩尔的钆盐，搅拌24小时后，将产物过滤，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干，即获得基于上转换材料钆螯合物的双功能造影剂。
[0010]所述的上转换纳米材料为镝、铽掺杂四氟化钇钠(NaYF4: Dy3+，Tb3+)、镱、铒掺杂四氟化钇钠(NaYF4: Yb3+，Er3+ )、钆、镱、铒掺杂四氟化钇钠(NaYF4: Gd3+，Yb3+，Er3+)、铕掺杂四氟化钆钠(NaGdF4: Eu3+)、镱、铒掺杂四氟化钆钠(NaGdF4: Yb3+，Er3+)、铕、铽掺杂四氟化钆钠(NaGdF4:Eu3+，Tb3+)、钐、铽掺杂四氟化钆钠(NaGdF4:Dy3+，Tb3+)中的一种。
[0011]所述的螯合剂为二乙基三胺五乙酸(DTPA)、1，4，7，10-四氮杂环十二烷、N，N’，N’’，N’’’四乙酸(D0TA)、5，8-双羧甲基-11-[2-(甲基氨基)-2-氧代乙基]-3-氧代-2，5,8, 11-四氮杂十三烷基-13-羧酸(DTPA-BMA)中的一种。
[0012]所述的钆盐为硝酸镉(Gd (NO3) 3.6H20)、氯化镉(GdCl3*6H20)、硫酸镉(Gd2 (SO4) 3.8H20 )、乙酸镉(Gd (OOCCH3) 3.xH20 )中的一种。
[0013]本发明的优点 在于:
[0014](I)本发明通过偶联的方法将连接到上转换材料表面，即可得到双功能造影剂。所用原料生物安全性高，部分已是商业化产品。
[0015](2)本发明制备的双功能造影剂具有良好的物理化学稳定性、发光性能和磁共振成像性能。
[0016](3)本发明中的制备方法工艺简单，可操作性强，能进一步满足生产和应用。
[0017]本发明所用原料生物安全性高，部分已是商业化产品。其制备方法工艺简单，可操作性强，能进一步满足生产和应用。所制备的双功能造影剂具有良好的物理化学稳定性、发光性能和磁共振成像性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为所制备的NaYF4:Yb3+，Er3+AkhDTPA双功能造影剂的上转换荧光光谱图。
[0019]图2为所制备的NaGdF4:Yb3+，Er3+AkhDOTA双功能造影剂的上转换荧光光谱图。
[0020]图3为所制备的双功能造影剂的上转换荧光光谱图。
【具体实施方式】
[0021]以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。[0022]实施例1:
[0023]1、将 200 mg NaYF4:Yb3+, Er3+ (0.97 mmol)分散于 40 mL 乙醇溶液中，超声 40 分钟后，加入10 mL、15% ΝΗ3.Η20溶液。在搅拌条件下，加入0.097 mmol TEOS和0.97 mmolAPTES，搅拌I小时，得溶液a。
[0024]2、在 50 mL DMSO 中加入 0.97 mmol DTPA,完全溶解后加入 0.97 mmol 的 NHS 和EDC，室温下搅拌24小时，得溶液b。
[0025]3、将两种溶液混合搅拌24小时后，加入0.97 mmol Gd(NO3)3.6H20，搅拌24小时后，将产物过滤，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干，即获得NaYF4: Yb3+，Er3+/ Gd-DTPA的双功能造影剂。
[0026]图1为所制备的NaYF4: Yb3+，Er3+AkhDTPA双功能造影剂的上转换荧光光谱图。波长在540 nm的荧光强度为5.5X105。另外，磁共振成像中信号强度为411.22。
[0027]实施例2:
[0028]1、将 130 mg NaGdF4:Yb3+, Er3+ (0.5 mmol)分散于 30 mL 乙醇溶液中，超声 40 分钟后，加入5 mL、15% ΝΗ3.Η20溶液。在搅拌条件下，加入0.1 mmol TEOS和I mmol APTES,搅拌2小时，得溶液a。
[0029]2、在50 mL DMSO中加入与I mmol D0TA，完全溶解后加入I mmol的NHS和EDC，室温下搅拌24小时，得溶液b。
[0030]3、将两种溶液混合搅拌24小时后，加入I mmol GdCl3*6H20，搅拌24小时后，将产物过滤，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干，即获得NaGdF4:Yb3+，Er3VGd-DOTA的双功能造影剂。·
[0031]图2为所制备的NaGdF4: Yb3+，Er3+AkhDOTA双功能造影剂的上转换荧光光谱图。波长在540 nm的荧光强度为3.5X105。另外，磁共振成像中信号强度为870.32。
[0032]实施例3 ；
[0033]1、将 65 mg NaYF4:Gd3+, Yb3+, Er3+ (0.29 mmol)分散于 30 mL 乙醇溶液中，超声 40分钟后，加入I mL、15% NH3.Η20溶液。在搅拌条件下，加入0.087 mmol TEOS和0.435 mmolAPTES，搅拌2小时，得溶液a。
[0034]2、在 50 mL DMSO 中加入与 0.435 mmol DTPA,完全溶解后加入 0.435 mmol 的 NHS和EDC，室温下搅拌24小时，得溶液b。
[0035]3、将两种溶液混合搅拌24小时后，加入0.435 mmol Gd(OOCCH3) 3.χΗ20，搅拌24小时后，将产物过滤，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干，即获得NaYF4 = Gd3+, Yb3+，Er3VGd-DTPA的双功能造影剂。
[0036]图3为所制备的NaYF4 = Gd3+, Yb3+，Er3+AkhDTPA双功能造影剂的上转换荧光光谱图。波长在540 nm的荧光强度为3.7Χ105。另外，磁共振成像中信号强度为926.37。
【权利要求】
1.一种基于上转换材料钆螯合物双功能造影剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)将10~200毫克上转换纳米材料分散于5~50毫升乙醇溶液中，超声40分钟后，加入I~10毫升15%氨水(NH3.Η20)溶液；在搅拌条件下，依次加入正硅酸乙酯(TEOS)和3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTES)，搅拌0.5~5小时；其中正硅酸乙酯与上转换纳米材料的摩尔比为0.1:1~0.5:1，正硅酸乙酯与3-氨基丙基三甲氧基硅烷摩尔比为1:1~1:10，搅拌0.5~5小时，得溶液a; (2)在50毫升二甲基亚砜(DMSO)中加入与3-氨基丙基三甲氧基硅烷等摩尔的螯合剂，完全溶解后加入与螯合剂等摩尔的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3- 二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(EDC)，室温下搅拌24小时，得溶液b ； (3)将溶a和溶液b混合搅拌24小时后，加入钆含量与螯合剂等摩尔的钆盐，搅拌24小时后，将产物过滤，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干，即获得基于上转换材料钆螯合物的双功能造影剂。
2.根据权利要求1所述基于上转换材料钆螯合物双功能造影剂的制备方法，其特征在于，所述的上转换纳米材料为镝、铽掺杂四氟化钇钠(NaYF4:Dy3+，Tb3+)、镱、铒掺杂四氟化钇钠(NaYF4: Yb3+，Er3+ )、钆、镱、铒掺杂四氟化钇钠(NaYF4: Gd3+，Yb3+，Er3+)、铕掺杂四氟化钆钠(NaGdF4: Eu3+ )、镱、铒掺杂四氟化钆钠(NaGdF4: Yb3+，Er3+ )、铕、铽掺杂四氟化钆钠(NaGdF4:Eu3+，Tb3+)、钐、铽掺杂四氟化 钆钠(NaGdF4:Dy3+，Tb3+)中的一种。
3.根据权利要求1所述基于上转换材料钆螯合物双功能造影剂的制备方法，其特征在于，所述的螯合剂为二乙基三胺五乙酸(DTPA)、1，4，7，10-四氮杂环十二烷、N，N’，N’’，N’’’四乙酸(D0TA)、5，8-双羧甲基-11-[2-(甲基氨基)-2-氧代乙基]-3-氧代-2，5,8, 11-四氮杂十三烷基-13-羧酸(DTPA-BMA)中的一种。
4.根据权利要求1所述基于上转换材料钆螯合物双功能造影剂的制备方法，其特征在于，所述的钆盐为硝酸镉(Gd (NO3)3.6H20)、氯化镉(GdCl3*6H20)、硫酸镉(Gd2 (SO4) 3.8Η20)、乙酸镉(Gd (OOCCH3)3*χΗ20)中的一种。
【文档编号】A61K49/00GK103566380SQ201210258452
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月24日 优先权日:2012年7月24日
【发明者】朱君, 路青, 周涓, 何丹农 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司