一种Fe₃O₄/DOPA/(Gd/DTPA)纳米材料及其制备方法和应用的制作方法

专利名称：一种Fe₃O₄/DOPA/(Gd/DTPA)纳米材料及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于磁性纳米材料技术领域，特别涉及一种Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料及其制备方法和将该纳米材料应用于磁共振造影剂。
背景技术：
近几十年来，纳米材料以其独特的性质，在医学等领域倍受关注。纳米材料的诸多性质，往往与材料的尺寸效应以及材料的结构组成等密切相关。其中，磁性纳米材料的研究尤显突出，这与其具有的独特性质分不开。如某些磁性纳米材料的超顺磁性、顺磁性、矫顽力饱和度、尺寸大小、量子隧道效应、居里温度的不同等，使得其在生物检测、药物靶向、磁共振成像、肿瘤磁热疗等领域应用前景广阔。此外，还可应用于磁分离、工业催化等领域。随着分子影像技术的 日益趋向成熟，以磁共振造影为代表的分子影像探针，显现出独特的成像优势。现有的影像技术有:磁共振成像(MRI)、微计算机断层成像(CO、超声成像、光学成像、红外热成像、正电子衍射成像、单电子衍射成像等。磁共振成像主要利用生物体不同组织中水分子质子在外加磁场影像下产生不同的共振信号(信号强弱取决于组织内水的含量和水质子的弛豫时间)来成像，而MRI造影剂本身不产生信号，它们的作用是接近有关质子后，缩短成像质子的弛豫时间，从而改变信号强度，以提高病灶组织与正常组织的成像对比度。按照造影过程中以缩短T1弛豫时间为主(磁共振信号增加)或以缩短T2弛豫时间为主(使磁共振信号下降)，可将MRI造影分为T1弛豫增强造影或T2弛豫增强造影，对应的磁性材料被称之为T1造影剂和T2造影剂。造影剂的作用是借由本身的磁学性质改变特定组织内水分子的弛豫时间、增加与其它组织间弛豫时间的差异性、增加信号强度的差别、增加对比效果，以达到凸显组织间界限的目的。磁造影剂必须具有顺磁性或超顺磁性，粒径不能太大，在生物体内能稳定存在，具有良好的生物相容性，且在体内无聚集，能被排除体外。研究较多的是超顺磁性造影剂和水溶性顺磁造影剂。超顺磁性造影剂主要代表为Fe3O4，而且也已应用于医学领域，如菲立磁造影剂。顺磁性纳米造影剂可分为离子型纳米结构造影剂和无机纳米粒子型造影剂，如1988年被批准的Gd (III)造影剂则属于离子型造影齐U，此外，大部分的T1造影剂多为过渡金属或镧系金属，这是由它们外层轨道电子排布所决定的。如Fe2+、Fe3+、Mn2+、Dy3+、Cu2+、Gd3+、Eu3+等。Gd3+有7个未成对电子，且存在大量的空轨道，这使得Gd3+具有较大的自旋磁矩，较高的弛豫率，较大的顺磁性。然而，由于游离Gd3+具有较大的生物毒性，所以Gd必须以化合态存在，Gd3+与二乙烯三胺五乙酸耦合后，还剩下空轨道与水配位。Gd/DTPA现已被用作商业T1造影剂。此外，菲立磁(Fe3O4)造影剂也为我们熟知，由于其较高的磁饱和度，和良好的生物相容性，已被应用做医学T2造影剂。但T2造影剂，本身存在着不足，因为在其磁共振信号下降不是太多时，会发现病灶部位与正常部位会存在着叠加的伪影区，易造成医学上的误诊。然而，最近所研究的小粒径Fe3O4粒子，被证明也可用作T1造影，一定程度上可以避免T2造影的不足，之所以小粒径Fe3O4粒子较稍大粒径的Fe3O4粒子，可用作T1造影，是因为球形Fe3O4纳米粒子可分为磁有序的核和磁无序的壳，当超顺磁性Fe3O4粒子减小后，磁无序部分被减少很多，而成为顺磁性的小粒径Fe3O4粒子。

发明内容
本发明的目的是提供一种Fe304/D0PA/ (Gd/DTPA)纳米材料，该材料分散性好、粒径均匀，具有良好的生物相容性和T1造影效果。本发明的另一个目的是提供上述Fe304/D0PA/ (Gd/DTPA)纳米材料的制备方法，该方法所用原料易得且价格便宜、工艺简单、反应可控性强。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种Fe304/D0PA/ (Gd/DTPA)纳米材料的制备方法，其步骤包括:(I)将油溶性Fe3O4纳米粒子分散于四氢呋喃中，加入盐酸多巴胺和无水乙醇，氮气保护下搅拌反应8-20小时，取固体，制得Fe304/D0PA，洗涤后备用；(2)将步骤(I)中制得的Fe304/D0PA分散于二甲基甲酰胺中，加入三乙胺和二亚乙基三胺五乙酸二酐，氮气保护下搅拌反应8-24小时，洗涤后备用；(3)将Gd(NO3)3.6H20溶于缓冲液中，再加入步骤(2)中制得的Fe304/D0PA/DTPA，氮气保护下搅拌反应8-24小时，洗涤。所述步骤(I)中，油溶性Fe3O4纳米粒子、盐酸多巴胺及无水乙醇的加入配比为:lmmol:30-60mg:10_35mL。优选的，油溶性Fe3O4纳米粒子、盐酸多巴胺及无水乙醇的加入配比为:lmmol:40_50mg:20_25mL。

所述步骤(I)中，油溶性Fe3O4纳米粒子与四氢呋喃的用量比为0.01-0.15mmol/mL。所述步骤(2)中，油溶性Fe3O4纳米粒子、三乙胺和二亚乙基三胺五乙酸二酐的用量配比为:lmmol:15_40mL:350_500mg。所述步骤(2)中，油溶性Fe3O4纳米粒子与二甲基甲酰胺的用量比为0.001-0.008mmol/mL。所述步骤(3 )中，Gd (NO3) 3.6H20与缓冲液的用量比为7_9mg/mL，该缓冲液为Tris-HCl溶液，缓冲溶液的pH值为7.5-8.5 ;Gd (NO3)3.6H20与油溶性Fe3O4纳米粒子的用量比为 1.3-1.9g: lmmol ο所述步骤(I)中油溶性Fe3O4纳米粒子的制备方法为，(a)将油酸钠、FeCl3.6Η20、去离子水、正己烷和无水乙醇混合，加热到50°C -70°C,回流4小时，冷却后洗涤、干燥得到油酸铁；(b)将步骤(a)中制得的油酸铁溶剂与苯醚中，在加入油酸和油醇，氮气保护下搅拌、加热至80°C _100°C，保持1-3小时，继续加热至200°C _300°C，保持0.5-2小时，冷却后洗涤得到油溶性Fe3O4纳米粒子。所述步骤(a)中，油酸钠、Fe3+、去离子水、正己烷和无水乙醇的加入配比为2-4mmol:lmmol:0.5_3mL:l-5mL:0.5_3mL ;所述步骤(b)中，油酸铁与苯醚的用量比为0.1-1.5g/mL，油酸铁、油酸和油醇的加入配比为Ig:0.1-1.5mL:0.5_3mL。通过上述方法可以得到Fe304/D0PA/ (Gd/DTPA)纳米材料。这种Fe304/D0PA/ (Gd/DTPA)纳米材料在制备核磁共振造影剂中的应用。尤其可作为1\加强造影剂。与现有技术相比，本发明的有益效果在于:1、所述Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料的分散性好、粒径均匀，生物相容性好，显著的T1造影效果，弥补了 T2造影效果的不足，降低了医学误诊概率。2、所述Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料的制备方法设备简单、工艺的可控性强、原料便宜。


图1是实施例2中制得的油溶性Fe3O4纳米粒子的TEM图，其中图1a为低分辨TEM图，图1b为高分辨TEM图。图2是实施例2中制得的油溶性Fe3O4纳米粒子的粒径分布图。图3是实施例2中制得的油溶性Fe3O4纳米粒子的XRD图。图4是实施例2中制得的油溶性Fe3O4纳米粒子的磁滞回线图。图5是实施例3中的每个步骤中制得的产物的红外图谱。图6是实施例3中制得Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料的磁共振成像图。图7是实施例3中制得Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料的溶血试验对比图。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明作进一步说明:实施例1①Fe3O4油溶性纳米粒子的制备A、将油酸钠10.98g、FeCl3.6H203.39g、去离子水18mL、正己烧42mL和无水乙醇24mL放在一起，加热到58°C，回流4h，待其冷却后，将其转移至梨形分液漏斗，用50mL去离子水洗涤5次，然后旋转蒸发，再将其置于真空干燥箱中干燥12h，得到油酸铁。B、将步骤(A)中干燥后的油酸铁10.03g溶解于51.8mL苯醚中，再加入3.55mL的油酸和10.57mL的油醇，氮气保护下磁力搅拌，升温到90°C，保持该温度2h，随后继续升温到250°C，保持该温度0.5h，反应结束后，用乙醇洗涤9遍，得到油溶性Fe3O4纳米粒子，再将其保存于30mL正己烧中。经过检测，生成的Fe3O4纳米粒子的粒径为2_4nm。②取步骤①中所制备的油溶性Fe3O4纳米粒子正己烷溶液3mL (其中，油溶性Fe3O4纳米粒子为0.4mmol)，将其分散于5mL四氢呋喃(THF)中，并加入20mg盐酸多巴胺和IOmL无水乙醇，氮气保护下，搅拌过夜。反应结束后，先用正己烷离心洗涤两遍，后用乙醇洗涤一遍，再用去离子水洗涤两遍，制备得到Fe304/D0PA，然后保存于20mL的去离子水中。③取5mL步骤②中所制备的Fe304/D0PA，分散于22mL 二甲基甲酰胺(DMF)中，再加入2.5mL三乙胺和46mg 二亚乙基三胺五乙酸二酐(DTPA)，氮气保护，搅拌过夜，反应结束后，先用含质量浓度为1%三乙胺的DMF离心两次，后用乙醇离心洗涤两次，得到Fe304/D0PA/DTPA,并将其保存于20mL去离子水中。④将80mg Gd (NO3) 3.6H20 溶解于 IOmL Tris-HCl 缓冲溶液中，该

Tris-HCl缓冲溶液的pH值为7.6，再将步骤③中制得的Fe304/D0PA/DTPA10mL加入其中，氮气保护，磁力搅拌过夜。先用乙醇离心洗涤两遍，后用去离子水洗涤两遍，得到Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)样品。
核磁测试:将实施例中制得的Fe304/D0PA/DTPA与市场上买来的Gd/DTPA物理混合作为样品3 ;将实施例中制得的Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)作为样品2 ;将市场上买来的Gd/DTPA作为样
品1，分别Gd和Fe为标准，来测试三个样品的核磁，具体数据如下表所示:
权利要求
1.一种Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料的制备方法，其步骤包括: (1)将油溶性Fe3O4纳米粒子分散于四氢呋喃中，加入盐酸多巴胺和无水乙醇，氮气保护下搅拌反应8-20小时，取固体，制得Fe304/D0PA，洗涤后备用； (2)将步骤(I)中制得的Fe304/D0PA分散于二甲基甲酰胺中，加入三乙胺和二亚乙基三胺五乙酸二酐，氮气保护下搅拌反应8-24小时，洗涤后备用； (3)将Gd(NO3)3.6Η20溶于缓冲液中，再加入步骤(2)中制得的Fe304/D0PA/DTPA，氮气保护下搅拌反应8-24小时， 洗涤。
2.根据权利要求1所述的Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中，油溶性Fe3O4纳米粒子、盐酸多巴胺及无水乙醇的加入配比为:lmmol:30_60mg:10_35mLo
3.根据权利要求1所述的Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中，油溶性Fe3O4纳米粒子与四氢呋喃的用量比为0.01-0.15mmol/mL。
4.根据权利要求1所述的Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中，油溶性Fe3O4纳米粒子、三乙胺和二亚乙基三胺五乙酸二酐的用量配比为:lmmol:15_40mL:350_500mg。
5.根据权利要求1所述的Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中，油溶性Fe3O4纳米粒子与二甲基甲酰胺的用量比为0.001-0.008mmol/mL。
6.根据权利要求1所述的Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中，Gd(NO3)3.6H20与缓冲液的用量比为7-9mg/mL，该缓冲液为Tris-HCl溶液，缓冲溶液的PH值为7.5-8.5 ;所述Gd(NO3)3.6H20与油溶性Fe3O4纳米粒子的用量比为1.3-1.9g: Immol ο
7.根据权利要求1所述的Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中油溶性Fe3O4纳米粒子的制备方法为， Ca)将油酸钠、FeCl3.6H20、去离子水、正己烷和无水乙醇混合，加热到50°C -70°C，回流4小时，冷却后洗涤、干燥得到油酸铁； (b)将步骤(a)中制得的油酸铁溶剂与苯醚中，在加入油酸和油醇，氮气保护下搅拌、力口热至80°C -100°C，保持1-3小时，继续加热至200°C _300°C，保持0.5-2小时，冷却后洗涤得到油溶性Fe3O4纳米粒子。
8.根据权利要求7所述的Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(a)中，油酸钠、Fe3+、去离子水、正己烷和无水乙醇的加入配比为2-4mmol =Immol:0.5-3mL:l-5mL:0.5_3mL ;所述步骤(b)中，油酸铁与苯醚的用量比为0.1-1.5g/mL,油酸铁、油酸和油醇的加入配比为Ig:0.1-1.5mL:0.5_3mL。
9.一种Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料，其特征在于，通过权利要求1_8任一项所述的方法制备。
10.权利要求9所述的Fe304/D0PA/(Gd/DTPA)纳米材料在制备核磁共振造影剂中的应用。
全文摘要
本发明属于磁性纳米材料技术领域，特别涉及一种Fe3O4/DOPA/(Gd/DTPA)纳米材料及其制备方法和将该纳米材料应用于磁共振造影剂，该方法为，将油溶性Fe3O4纳米粒子分散于四氢呋喃中，加入盐酸多巴胺和无水乙醇，氮气保护下搅拌反应8-20小时，洗涤；将制得的Fe3O4/DOPA分散于二甲基甲酰胺中，加入三乙胺和二亚乙基三胺五乙酸二酐，氮气保护下搅拌反应8-24小时，洗涤；将Gd(NO3)3·6H2O溶于缓冲液中，再加入Fe3O4/DOPA/DTPA，氮气保护下搅拌反应8-24小时，洗涤。该纳米材料粒径均匀、具有显著的T1造影效果，弥补了T2造影剂的不足，且该制备方法设备简单、原料便宜。
文档编号A61K49/18GK103203031SQ201310108428
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者杨仕平, 孔斌, 周治国, 王力, 沈金超 申请人:上海师范大学