专利名称：一种超声/mri双重响应的复合纳米囊及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米囊及其制备方法，尤其涉及一种超声/MRI双重响应的复合纳米囊及其制备方法；属于生物医用材料技术领域。
背景技术：
纳米囊指粒径为100 IOOOnm尺度的囊,对于纳米尺度的囊或磁性颗粒来说,尺寸效应对其适用性有着极大的影响。小粒径的纳米粒子具有被动靶向效应，并难于被人体内单核-巨噬细胞系统所吞噬，因此可在人体循环系统内长时间存在。
目前，药物的胶囊化作为一种药物技术已得到广泛的应用，药物胶囊化的主要目的包括修饰药物的异味；提高药物的稳定性；防止药物在胃内失活或减少对胃的刺激；使液态药物固态化以便应用和贮存；有利于复方药物的配比控制以使药物具有缓释或控释性能；使药物具有靶向性；可将活细胞或生物活性物质包裹。这些目的主要可以概括为起到包封、保护和传导药物的作用，从而使高分子纳米囊成为靶向传输、药物缓释和治疗等众多领域研究的热点。超声造影(US)和核磁共振显影(MRI)是医学诊疗领域的重要技术。其中，超声造影技术具有实时监测性和经济性的特点，被广泛使用，但显影图像呈现组织细节不足；而核磁共振显影能提供精确组织局部特性图，但无法进行实时监测。因此，超声造影和核磁共振显影是互补的两种医学诊疗手段，如果能制备结合这两种技术的显影方法，该方法将能结合这两种技术手段的优点，在临床上可得到准确、全面的影像信息，从而为医学诊断提供可靠的保证。用于临床应用的超声造影剂即是包封有特定气体的微米级(即粒径大于Iym)囊状结构微粒，超声造影剂发展至今，其微囊的囊壁组成部分包含脂质体、白蛋白、明胶等物质；包封气体囊括了各种抗压性能和体内稳定性能优异的气体。如授权公告号为CN101053814A，题为“多重响应的高分子微囊及其制备方法”的中国发明专利，该专利提到了一种包裹气体的高分子微米级囊，该微囊具有声、磁、光等多重响应性能，其制备方法选用双乳化法，先采用均质机乳化的方式制备微米级w/0/w乳液，再通过挥发去除油相溶剂，得到高分子微囊。但该专利所制得的微囊的粒径为微米级，易被体内单核-巨噬细胞系统所吞噬。选用合适性能和尺寸的超声造影剂，可以在人体不同部位的器官进行超声检测，因此尺度控制对于生物医学显影乃至医学诊断试剂都具有重要意义。但迄今为止，尚未见使用纳米级尺度微囊用于超声显影的报道，究其原因，是由于从原理上讲，在组成一定的条件下，超声显影微囊的超声显影性能与微囊尺寸成正比。根据这个原理，纳米囊的超声显影性能相对于微米囊就会较弱。但从应用的角度讲，纳米囊超声显影信号较弱的缺点可以通过许多手段来弥补，如内部包封具有较强超声显影性能的气体或液体，或在微囊内引入纳米颗粒等，因为据文献(Gu, N. et al, Biomaterials 2009,30, (23-24) ；Kumacheva, E. etal，Acs Nano 2010，4，(11)，6579-6586)报道，在微米级微囊内引入无机纳米颗粒可以有效提高微囊的超声显影信号。因此，本领域的技术人员致力于开发一种使用纳米级尺度微囊的超声显影方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种将纳米级尺度的微囊应用于超声显影技术的方法。为实现上述目的，本发明提供了一种具有纳米级尺寸的超声/MRI双重响应纳米囊及其制备方法。本发明制备得到的纳米囊既具有超声显影、核磁共振显影等功能特性，同时还选择性地具有载药和靶向传输的功能。本发明是通过以下技术方案来实现上述目的一方面，本发明提供了一种无机纳米颗粒/高分子复合纳米囊。·本发明的复合纳米囊的囊状结构内部包封有适当气体或液体，从而赋予该复合纳米囊超声显影的性能。同时，由于囊壁内还包封有可MRI显影的无机磁性纳米颗粒，因此这些磁性粒子与高分子基纳米囊复合从而赋予该复合纳米囊独特的MRI显影性；本发明的复合纳米囊还具备良好的磁响应性，有利于靶向药物输送与用于在特定疾病诊断中的应用。因此，本发明的复合纳米囊作为一种兼具超声/MRI显影性能的生物材料在医学诊疗中显示出巨大的应用前景。本发明的复合纳米囊的结构示意图如图I所示。如图I所示，本发明的复合纳米囊包括乳化剂层I、高分子基材层2、磁性颗粒3、包封有超声显影气/液体的空穴4。其中，复合纳米囊的壁壳层材料由高分子基材层2和带有正电性或负电性官能团的乳化剂分子层I缠绕而成，且囊壁内包封有多功能的磁性纳米颗粒3 ;复合纳米囊的内部有单个或多个空穴4，空穴4中包封有适用于超声显影用的的气体或液体。优选地，本发明的纳米囊的平均粒径在100 IOOOnm之间。本发明所述的高分子基材为采用生物相容性的均聚物或两亲性大分子，如聚乳酸、聚丙烯酸酯、葡聚糖、聚氨基酸、聚乳酸-聚乙二醇共聚物、聚乳酸-聚丙二醇共聚物等的一种或几种的组合，其分子量为5000 500000。本发明所述的乳化剂分子为具有水溶性官能团的大分子或小分子，用于改良高分子基材的亲水性和稳定性。优选地，乳化剂分子为聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基葡聚糖、壳聚糖等的一种或几种的组合。在本发明的具体实施方式
中，纳米囊内部包封的适于超声造影用的气体优选为空气、02、CO2, N2、氟碳气体或氟硫气体；适于超声造影用的液体优选为水溶性液体，例如溶有空气、02、0)2、或N2气体的纯水、生理盐水、氟碳液体或氟硫液体。其中，氟碳液体优选为C2F6液体或C6F14液体等，氟硫气体优选为SF6气体等。在本发明的较佳实施方式中，所述磁性纳米颗粒为具有超顺磁性的铁、钴、锰等金属的氧化物或金属合金。优选地，金属氧化物为Fe304、Fe203、MnFe2O4、FeFe2O4、CoFe2O4等纳米颗粒中的一种或两种组合；金属合金为FeCo合金、FeMn合金、FeNi合金等中的一种或两种组合。另一方而，本发明还提供了上述无机纳米颗粒/高分子复合纳米囊的制备方法，该方法采用一种新颖的双乳化-溶剂挥发法制备双重响应的复合纳米载体，具体包括以下步骤步骤一、将磁性颗粒与高分子基材加入到有机油性溶剂中，形成油相溶液；然后与适于超声造影用的气体或水溶性液体混合，超声乳化，形成气-油或水-油两相溶液；步骤二、将上述两相溶液加入到含有乳化剂分子的水溶液中，进行二次超声乳化形成气-油-水复乳或水-油-水复乳三相溶液；
步骤三、将上述三相溶液加入到含有乳化剂分子的水溶液中，室温下经搅拌挥发掉油性溶剂，得到含高分子纳米囊的水溶液；步骤四、将含高分子纳米囊的水溶液离心，再用去离子水分散、清洗、离心，反复I 10次；清洗后的微囊冷冻干燥，得到粉末状纳米囊。在本发明中，当纳米囊内部包封适于超声造影用的水溶性液体时，优选地，步骤一中该水溶性的液体与有机油性溶剂的体积比为I : 5-20。在本发明的具体实施方式
中，步骤一中，高分子基材在有机溶剂中的浓度优选为I 100mg/mL,磁性颗粒在有机溶剂中的的浓度优选为O. 5 50mg/mL。在本发明的具体实施方式
中，步骤二与步骤三所选用的乳化剂分子可以相同或不同。在本发明的步骤二、三中，乳化剂分子在体系中的浓度优选为O. 5 50mg/mL，且含有乳化剂分子的水溶液的浓度优选为O. 01% 10% (质量百分比)。在本发明的较佳实施方式中，步骤一、二中超声乳化的参数为10 1000W，乳化时间为10 200s。在本发明的另一较佳实施方式中，步骤三中搅拌挥发溶剂的时间为10 lOOOmin，搅拌速度为 300 3000rpm。在本发明的另一较佳实施方式中，步骤四中清洗后的微囊优选在一30°C冷冻干燥，得到粉末状纳米囊。在本发明的制备方法中，所选用的溶剂优选为低沸点有机油性溶剂，如二氯甲烷、
三氯甲烷等。本发明制备方法的原理与特点为利用超声乳化参数控制纳米载体的粒径，气-油-水复乳或水-油-水复乳采用溶剂挥发法即可简单地除去溶剂而使纳米囊固化。同时，在乳化过程中，将合成的磁性颗粒直接包裹进纳米囊壳层中，形成核-壳结构的磁性复合纳米载体。本发明的制备方法简便、有效，可方便地调节磁性复合纳米载体的磁含量、控制其磁性能，使之具有磁性和超声学双重响应性，从而可以进一步应用于生产医学诊疗的仪器中。本发明的超声/MRI双重响应的复合纳米囊的尺度在IOO-IOOOnm间，该复合纳米囊内部包封有适当气体或液体以赋予纳米微囊超声响应性能；纳米囊囊壁内包封有可MRI显影的无机磁性纳米颗粒。将这些磁性粒子与高分子基纳米囊复合从而赋予纳米囊独特的MRI显影性，使其作为一种兼具超声/MRI显影性能的生物材料，在医学诊疗中显示出巨大的应用前景。同时，该复合纳米囊具备良好的磁响应性，有利于靶向药物输送以及在特定疾病诊断中的应用。本发明的复合纳米囊可以作为核磁共振显影剂用于磁共振诊疗领域，由于该复合纳米囊表面包覆带电荷的官能团，因此可以稳定分散在水溶液中。另外，如果在内水相中包封水溶性药物或在油相壳层中包封油溶性药物，将使双重响应复合纳米囊同时具有药物包封和缓释功能。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图I是本发明的超声/MRI双重响应的复合纳米囊的结构示意图；图2是本发明的实施例I的透射电子显微镜照片。
具体实施例方式实施例II、首先，向5mL 二氯甲烷中加入O. 125g聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物(聚乳酸聚乙二醇质量比为9 I)和O. 05g磁性颗粒Fe3O4，振荡溶解，形成油相溶液；然后，向上述油相溶液中，加入ImL C2F6液体，以300W功率超声乳化60s，形成水-油两相溶液。2、向上述水-油两相溶液中加入2wt. %聚乙烯醇水溶液(IOmL)，以180W功率进行二次超声乳化30s，形成水-油-水复乳三相溶液。3、将上述复乳三相溶液加入到Iwt. %聚乙烯醇水溶液(20mL)中，室温下，以500rpm搅拌4h蒸发二氯甲烧溶剂,得到纳米囊溶液。4、将上述纳米囊溶液离心，用去离子水清洗后分散、离心，重复操作3次；清洗后的微囊经冷冻干燥，得到粉末状纳米囊。经激光光散射粒度仪表征，所制得的微囊的粒径为510nm ;经透射电子显微镜表征纳米囊形貌为球形，其电镜照片如图2所示。实施例2I、首先，向5mL 二氯甲烷中加入O. 125g聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物(聚乳酸聚乙二醇质量比为6 I)和O. 025g磁性颗粒Y-Fe2O3，振荡溶解，形成油相溶液；然后，向上述油相溶液中，加入ImL C6F14液体，以180W功率超声乳化60s，形成水-油两相溶液。2、向上述水-油两相溶液中加入Iwt. %聚乙烯醇溶液(IOmL)，以180W功率进行二次超声乳化15s，形成水-油-水复乳三相溶液。3、将上述复乳三相溶液加入到O. 5wt. %聚乙烯醇溶液(20mL)中，室温下，以搅拌速度为500rpm搅拌蒸发二氯甲烷溶剂4h，得到纳米囊溶液。4、将上述纳米囊溶液离心，用去离子水清洗后分散、离心，重复操作5次。清洗后的微囊冷冻干燥，得到粉末状纳米囊。经激光光散射粒度仪表征，所制得的微囊的粒径在670nm ;经透射电子显微镜表征纳米囊形貌为球形。实施例3I、首先，向IOmL三氯甲烷溶液中加入O. 125g聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物(聚乳酸聚乙二醇质量比3 I)和O. 0125g磁性颗粒FeCo合金，振荡溶解，形成油相溶液；然后，向上述油相溶液中，加入ImL C6F14液体，以300W功率超声乳化60s，形成水-油两相溶液。2、向上述水-油两相溶液中加入Iwt. %羧甲基葡聚糖和Iwt. %聚乙烯醇混合溶液(10mL，1/1)，以180W功率进行二次超声乳化45s，形成水-油-水复乳三相溶液。
3、将上述复乳三相溶液加入到Iwt. %聚乙烯醇溶液(20mL)中，室温下，以搅拌速度为500rpm搅拌蒸发三氯甲烷溶剂4h，得到纳米囊溶液。4、将上述纳米囊溶液离心，用去离子水清洗后分散、离心，重复操作3次。清洗后的微囊冷冻干燥，得到粉末状纳米囊。经激光光散射粒度仪表征，所制得的微囊的粒径在420nm ;经透射电子显微镜表征纳米囊形貌为球形。实施例4I、首先，向IOmL二氯甲烷溶液中加入O. 125g聚乳酸和O. 025g磁性颗粒Y-Fe2O3,振荡溶解，形成油相溶液；然后，向上述油相溶液中，加入O. 5mL饱和空气纯水，以300W功率超声乳化90s，形成水-油两相溶液。2、向上述水-油两相溶液中加入1%羧甲基葡聚糖和1%聚乙烯醇混合溶液·(IOmL, 1/1)，以180W功率进行二次超声乳化30s，形成水-油-水复乳三相溶液。3、将上述复乳三相溶液加入到Iwt. %聚乙烯醇溶液(20mL)中，室温下，以搅拌速度为500rpm搅拌蒸发二氯甲烷溶剂4h，得到纳米囊溶液。4、将上述纳米囊溶液离心，用去离子水清洗后分散、离心，重复操作3次。清洗后的微囊冷冻干燥，得到粉末状纳米囊。经激光光散射粒度仪表征，所制得的微囊的粒径在480nm ;经透射电子显微镜表征纳米囊形貌为球形。实施例5I、首先，向20mL 二氯甲烷溶液中加入O. 125g聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物(聚乳酸与聚乙二醇质量比为6 I)和O. 025g磁性颗粒MnFe2O4，振荡溶解，形成油相溶液；然后，向上述油相溶液中，加入ImL SF6液体，以300W功率超声乳化60s，形成水-油两相溶液。2、向上述水-油两相溶液中加入Iwt. %壳聚糖溶液(IOmL)，以180W功率进行二次超声乳化15s，形成水-油-水复乳三相溶液。3、将上述复乳三相溶液加入到Iwt. %聚乙烯醇溶液中(20mL)，室温下，以搅拌速度为500rpm搅拌蒸发二氯甲烷溶剂4h，得到纳米囊溶液。4、将上述纳米囊溶液离心，用去离子水清洗后分散、离心，重复操作3次。清洗后的微囊冷冻干燥，得到粉末状纳米囊。经激光光散射粒度仪表征，所制得的微囊的粒径在600nm ;经透射电子显微镜表征纳米囊形貌为球形。实施例6I、首先，向IOmL三氯甲烷溶液中加入O. 125g聚乳酸-聚丙二醇嵌段共聚物(聚乳酸与聚丙二醇质量比为9 I)和O. 0125g磁性颗粒FeFe2O4，振荡溶解，形成油相溶液；然后，向上述油相溶液中，加入O. 9wt. %生理盐水(ImL)，以300W功率超声乳化60s，形成水-油两相溶液。2、向上述水-油两相溶液中加入2wt. %聚乙烯醇溶液(IOmL)，以300W功率进行二次超声乳化30s，形成水-油-水复乳三相溶液。3、将上述复乳三相溶液加入到Iwt. %聚乙烯醇溶液中(20mL)，室温下，以搅拌速度为600rpm搅拌蒸发三氯甲烷溶剂4h，得到纳米囊溶液。
4、将上述纳米囊溶液离心，用去离子水清洗后分散、离心，重复操作3次。清洗后的微囊冷冻干燥，得到粉末状纳米囊。经激光光散射粒度仪表征，所制得的微囊的粒径在480nm ;经透射电子显微镜表征纳米囊形貌为球形。实施例7I、首先，向20mL 二氯甲烷溶液中加入O. 125g聚丙烯酸甲酯和O. 025g磁性颗粒CoFe2O4，振荡溶解，形成油相溶液；然后，向上述油相溶液中，加入SF6液体(lmL)，以300W功率超声乳化60s，形成水-油两相溶液。2、向上述水-油两相溶液中加入1%羧甲基葡聚糖和1%聚乙烯醇混合溶液 (IOmL, 1/1)，以180W功率进行二次超声乳化30s，形成水-油-水复乳三相溶液。3、将上述复乳三相溶液加入到Iwt. %聚乙烯醇溶液中(20mL)，室温下，以搅拌速度为500rpm搅拌蒸发二氯甲烷溶剂4h，得到纳米囊溶液。4、将上述纳米囊溶液离心，用去离子水清洗后分散、离心，重复操作3次。清洗后的微囊冷冻干燥，得到粉末状纳米囊。经激光光散射粒度仪表征，所制得的微囊的粒径在550nm ;经透射电子显微镜表征纳米囊形貌为球形。实施例8I、首先，向IOmL 二氯甲烷溶液中加入O. 25g聚乳酸和O. 05g磁性颗粒CoFe2O4，振荡溶解，形成油相溶液；然后，向上述油相溶液中，通入空气，以180W功率超声乳化60s，形成气-油两相溶液。2、向上述水-油两相溶液中加入2wt. %聚乙烯醇溶液(IOmL)，以180W功率进行二次超声乳化15s，形成气-油-水复乳三相溶液。3、将上述复乳三相溶液加入到Iwt. %聚乙烯醇溶液中(20mL)，室温下，以搅拌速度为SOOrpm搅拌蒸发二氯甲烷溶剂4h，得到纳米囊溶液。4、将上述纳米囊溶液离心，用去离子水清洗后分散、离心，重复操作3次。清洗后的微囊冷冻干燥，得到粉末状纳米囊。经激光光散射粒度仪表征，所制得的微囊的粒径在670nm ;经透射电子显微镜表征纳米囊形貌为球形。实施例9I、首先，向IOmL 二氯甲烷溶液中加入O. 125g聚丙烯酸甲酯和O. 0125g磁性颗粒Y-Fe2O3，振荡溶解，形成油相溶液；然后，向上述油相溶液中，通入CO2至饱和，以180W功率超声乳化15s，形成气-油两相溶液。2、向上述水-油两相溶液中加入Iwt. %壳聚糖溶液(IOmL)，以180W功率进行二次超声乳化15s，形成气-油-水复乳三相溶液。3、将上述复乳三相溶液加入到Iwt. %聚乙烯醇溶液(20mL)中，室温下，以搅拌速度为500rpm搅拌蒸发二氯甲烷溶剂4h，得到纳米囊溶液。4、将上述纳米囊溶液离心，用去离子水清洗后分散、离心，重复操作3次。清洗后的微囊冷冻干燥，得到粉末状纳米囊。经激光光散射粒度仪表征，所制得的微囊的粒径在SlOnm ;经透射电子显微镜表征纳米囊形貌为球形。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化 。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.一种超声/MRI双重响应的复合纳米囊,其特征在于,所述复合纳米囊的囊壁由高分子基材和带有正电性或负电性官能团的乳化剂分子缠绕而成，且所述囊壁中含有磁性纳米颗粒；所述复合纳米囊内部有单个或若干空穴，所述空穴中包封有适于超声造影的气体或液体； 所述复合纳米囊的平均粒径为IOOnm IOOOnm ； 所述高分子基材为聚乳酸、聚丙烯酸酯、葡聚糖、聚氨基酸、聚乳酸-聚乙二醇共聚物、聚乳酸-聚丙二醇共聚物中的一种或多种，分子量为5000 500000 ； 所述适于超声造影用的气体或液体为空气、02、CO2, N2，溶有空气、02、0)2、或N2气体的纯水，生理盐水，氟碳气体或液体、氟硫气体或液体中的一种； 所述磁性纳米颗粒为具有超顺磁性的铁、钴、锰金属的氧化物或合金。
2.如权利要求I所述的双重响应的复合纳米囊，其特征是，所述乳化剂分子为聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基葡聚糖、壳聚糖中的一种或多种。
3.如权利要求I所述的双重响应的复合纳米囊，其特征是，所述磁性纳米颗粒为Fe304、Fe2O3、MnFe2O4、FeFe2O4、CoFe2O4、FeCo 合金、FeMn 合金、FeNi 合金中的一种或两种组合。
4.如权利要求I或2或3所述的双重响应的复合纳米囊，其特征是，所述适于超声造影用的气体或液体为C2F6液体、C6F14液体、SF6气体中的一种。
5.一种制备如权利要求1-4任一所述的双重响应的复合纳米囊的方法，包括以下步骤 步骤一、将磁性纳米颗粒与高分子基材加入到有机油性溶剂中，形成油相溶液；然后与适于超声造影的气体或液体进行混合，超声乳化，形成气-油或水-油两相溶液； 步骤二、将上述两相溶液加入到含有乳化剂分子的水溶液中，进行二次超声乳化形成气-油-水复乳或水-油-水复乳三相溶液； 步骤三、将上述三相溶液加入到含有乳化剂分子的水溶液中，室温下经搅拌挥发掉有机油性溶剂，得到含高分子纳米囊的水溶液； 步骤四、将含高分子纳米囊的水溶液离心，再用去离子水分散、清洗、离心，反复I 10次；清洗后的微囊冷冻干燥，得到粉末状纳米囊。
6.如权利要求5所述的制备方法，其中，步骤一中，所述高分子基材在有机油性溶剂中的浓度为I 100mg/mL,所述磁性纳米颗粒在有机油性溶剂中的的浓度为O. 5 50mg/mL。
7.如权利要求5所述的制备方法，其中，步骤二、三中，所述乳化剂分子在体系中的浓度为O. 5 50mg/mL，所述含有乳化剂分子的水溶液的浓度为O. 01 IOwt. %。
8.如权利要求5所述的制备方法，其中，步骤一、二中超声乳化的参数为10 1000W，乳化时间为10 200s。
9.如权利要求5所述的制备方法，其中，步骤四中，所述清洗后的微囊在_30°C冷冻干燥。
全文摘要
本发明公开了一种超声/MRI双重响应的复合纳米囊及其制备方法。该复合纳米囊的囊壁壳层材料由高分子基材和带有正电性或负电性官能团的乳化剂分子缠绕而成，其中包封多功能的磁性纳米颗粒；纳米囊内部有单个或若干空穴，空穴中包封有用于超声显影的气体；纳米囊的表面由乳化剂的官能团修饰。本发明的纳米囊采用双乳化-溶剂挥发法制得，利用两次乳化得到水-油-水复乳，再采用溶剂挥发法即可简单地除去溶剂而使纳米囊固化，该方法简便，产物纯净；且可方便地调节磁性复合纳米载体的磁含量，控制磁性能，使之具有磁性和超声学双重响应性。本发明的纳米囊制备方法新颖，功能多样化，在生物医用材料领域有着重大的应用潜力。
文档编号A61K47/36GK102886053SQ201210418789
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者窦红静, 黄超凡, 魏振华, 曲冠雄, 孙康, 许斌 申请人:上海交通大学