磁性纳米颗粒磁共振造影剂和增强磁性纳米颗粒弛豫率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及纳米化学及生物医学领域，特别涉及利用端基具有共轭结构的配体修 饰磁性纳米颗粒，获取高性能磁性纳米颗粒磁共振造影剂。
【背景技术】
[0002] 磁性纳米颗粒由于其独特的磁学性质，在磁共振成像、磁共振检测、生物分离等领 域已经得到了广泛的研究和应用，特别是在磁共振成像（magneticresonanceimaging, MRI)领域。由于MRI能够提供良好的解剖学信息，是目前临床诊断最有效的手段之一，其 在软组织病变的发现和定性诊断中具有独特的优势，特别是在肿瘤的诊断中起着重要的作 用。到目前为止，MRI已经能够安全无创地获得高质量的三维图像，并具有较高的空间分辨 率。然而，磁共振成像较低的灵敏度使其在实际诊断中仍然需要采用磁共振造影剂来提高 图像对比度。
[0003] 磁性纳米材料作为磁共振造影剂已经得到了广泛的研究和临床应用，其中超顺磁 性氧化铁纳米颗粒及含钆顺磁性纳米颗粒在肿瘤诊断领域展现出广阔的应用前景。早在 1996年美国食品和药物管理局就已经批准了磁性氧化铁纳米颗粒磁共振造影剂Feridex?， 但早期的磁性氧化铁纳米颗粒针对肿瘤的诊断均是基于被动祀向（Adv.DrugDeliv.Rev. 2008,60,1252.)，即利用肿瘤组织所具有的高通透和高滞留效应（EPR效应），磁性氧 化铁纳米颗粒在通过血液循环到达肿瘤部位后，可渗入肿瘤组织，从而能够在肿瘤部位富 集从而实现T2造影增强效果。近年来，随着磁性纳米颗粒合成技术和表面修饰技术的高速 发展，新型磁性纳米颗粒磁共振分子影像探针得到了广泛研究。利用肿瘤细胞膜表面高表 达的某些特征标志物，通过磁性纳米颗粒耦联对这些特征标志物具有特异性识别功能的靶 向分子，如：抗体、多肽等（Adv.Mater.，2006,18, 2553 ;ACSNano, 2013, 7, 7227;ACSNano, 2013, 7, 330)，可得到对肿瘤部位进行主动靶向识别的磁共振分子影像探针。这种探针可通 过EPR效应进入肿瘤组织，再通过其靶向分子与肿瘤细胞特征分子的特异性结合，进一步 提高肿瘤的磁共振造影增强效果。但是，不管是早期的基于被动靶向的磁性纳米颗粒，还是 近年来发展的基于主动靶向的磁性纳米颗粒磁共振分子影像探针，其对肿瘤诊断的灵敏度 和准确性均和磁性纳米颗粒的磁共振造影性能密切相关。
[0004] 磁性纳米颗粒的磁共振造影性能受其尺寸的影响，如大尺寸（>5nm)的Fe3O4纳米 颗粒由于具有较大的磁矩，因而通常被用作T2造影剂。而且颗粒尺寸越大，饱和磁化强度 越强，T2加权像的对比增强效果也越显著（J.Acc.Chem.Res. 2008,41，179)。但在通过增加 Fe3O4纳米颗粒尺寸增强其T2造影效果的同时，也会缩短其血液循环时间，不利于纳米颗粒 磁共振造影剂在病灶部位富集。因此，如何在不改变尺寸的情况下增强磁性纳米颗粒的磁 共振造影性能就显得非常重要。
[0005] 相比而言，小尺寸（<5nm)的Fe3O4纳米颗粒表现出更为明显的顺磁性，可被用作Tl 造影剂（J.Am.Chem.Soc.，2011，133,12624 !Nanotechnology, 2011，22, 245604)。同时由于 其尺寸较小，磁矩较弱，其T2造影性能会大大下降。因此，如何在减小Fe3O4尺寸增强Tl造 影效果的同时，仍然保持较好的T2造影效果具有重要意义。
[0006] 对于磁性纳米颗粒，T2造影效果可用横向弛豫率（r2)来表征，其和纳米颗粒周围 磁场的不均匀性相关。众所周知，原子处于磁场中时，由于电子自旋会在原子附近产生一个 与外磁场方向相反的微小磁场，从而导致附近局部磁场不均匀，但这一效应通常可以忽略。 然而，对于具有共轭结构的分子，这一效应就不可忽略。因此，我们依据共轭结构分子引起 的局域磁场不均匀性，提出以端基具有共轭结构的配体分子来修饰磁性纳米颗粒，通过提 高r2增强磁性纳米颗粒的T2造影性能的新思路。即本发明提出了一种能够增强磁性纳米 颗粒横向弛豫率的配体分子以及一种增强磁性纳米颗粒横向弛豫率的方法。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的之一是提供一种能够增强磁性纳米颗粒横向弛豫率的配体分子。
[0008] 本发明的目的之二是提供一种增强磁性纳米颗粒横向弛豫率的方法。
[0009] 本发明的目的之三是提供一种制备磁性纳米颗粒磁共振造影剂的方法。
[0010] 本发明的目的之四是提供的磁性纳米颗粒弛豫率增强方法是通过选用端基具有 共轭结构的表面配体分子修饰磁性纳米颗粒来实现的。
[0011] 本发明的目的之五是提供一种在不改变磁性纳米颗粒尺寸的条件下，增强磁性纳 米颗粒横向弛豫率的方法。
[0012] 本发明的目的之六是提供一种在保持磁性纳米颗粒纵向弛豫率的同时增强其横 向弛豫率的方法。
[0013] 本发明利用配体分子修饰磁性纳米颗粒，当配体分子的螯合基团中具有共轭结构 时，能大大增强磁性纳米颗粒的横向弛豫率。
[0014] 所述的磁性纳米颗粒具有顺磁性、超顺磁性、亚铁磁性或铁磁性。
[0015]所述的磁性纳米颗粒的粒径范围为1~100纳米，优选2~20纳米。
[0016] 所述的螯合基团中含有共轭结构，具体实施例包括但不限于：邻苯二酚基团、异羟 肟酸基团、丁二酮肟基团、乙酰丙酮基团、苯甲酰丙酮基团、水杨醛基团、1，10-二氮菲基团、 2, 2'-联吡啶基团、8-羟基喹啉基团以及它们的衍生基团等。
[0017] 所述的共轭结构包括P-共轭、JI-JI共轭以及它们的任意组合，由于共轭基团 在磁场下引起的局部磁场不均匀性，因此通过改变共轭结构的大小和数目可以得到具有不 同横向弛豫率的磁性纳米颗粒。
[0018] 所述的配体分子若采用生物相容性高分子配体时，所制备的磁性纳米颗粒具有良 好的生物相容性，可用作磁共振造影剂。
[0019] 所述的生物相容性高分子配体的主体结构为线型、支化的聚乙二醇、葡聚糖、聚乙 烯醇、壳聚糖、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚氨基酸或 它们之中两种或多种形成的嵌段共聚物或衍生物。
[0020] 所述的生物相容性高分子配体分子量为400~100000。
[0021] 本发明中制备端基具有共轭基团的配体分子修饰的磁性纳米颗粒方法如下：
[0022] 方法 1 :
[0023](1)根据已知方法（例如文献Nat.Mater.，2004, 3,891)制备得到磁性纳米颗粒 (如油酸修饰的Fe3O4纳米颗粒）；
[0024] (2)将所制备的磁性纳米颗粒分散在分散剂（如四氢呋喃）中，使最终磁性纳米颗 粒的浓度范围为O.Olmg/mL~IOOmg/mL，优选0.2mg/mL~20mg/mL;将配体分子 (如4-氨乙基邻苯二酚），溶于相同（如四氢呋喃）或不同（如二氯甲烷）的分散剂中，使 其质量浓度为〇?Olmg/mL~200mg/mL,优选0? 2mg/mL~IOOmg/mL;而后将配体分 子和磁性纳米颗粒混合，在15°C~200°C下搅拌10分钟至48小时；
[0025] (3)将反应液冷却至室温，加入体积为反应液体积2~50倍的沉淀剂（如环己烷） 沉淀，沉淀经磁分离或者离心分离后，洗涤3~5次，而后溶于去离子水，即可得到配体分子 修饰的磁性纳米颗粒水溶液。
[0026] 方法一所述的分散剂选自水、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、丙酮、二 甲基亚砜、二甲基甲酰胺。
[0027] 方法一所述的配体分子与磁性纳米颗粒的质量比为0.I: 1~100 : 1。
[0028] 方法一所述的沉淀剂选自乙醚、乙醇、甲醇、丙酮、正己烷、环己烷、石油醚或它们 中两种或多种的混合物。
[0029]方法 2:
[0030] (1)将有机金属化合物或无机金属盐化合物前驱体（如乙酰丙酮铁）、配体分子 (如异羟肟酸基团修饰的聚乙二醇2000)、带烷基链的小分子（如油胺）溶于高沸点非极性 或高沸点弱极性溶剂（如苯醚等）中形成混合反应溶液，其中，反应液中有机金属化合物 或无机金属盐化合物的浓度为O.OOlmol/L~0.2mol/L，优选浓度为O.Olmol/L~ O.lmol/L;配体分子的浓度为O.OOlmol/L~Imol/L，优选 0.05mol/L~0.6mol/ L;带烷基链的小分子胺、小分子羧酸或小分子醇的浓度为Omol/L~0.2mol/L，优选 0 ~0?Imol/L;
[0031] (2)通入惰性气体排除反应体系中的氧气，加热混合反应液，反应温度控制在 120~350°C之间，优选150~280°C;反应时间为0. 25~24小时，优选0. 5~12小时；在 金属前驱体分解形成磁性纳米颗粒时，配体直接修饰到磁性纳米颗粒表面，得到所述端基 具有共轭基团配体分子修饰的磁性纳米颗粒；
[0032] (3)将步骤（2)中的反应液冷却至室温，加入体积为反应液体积2~50倍的沉淀 剂沉淀，沉淀经磁分离或者离心分离后，用同样的有机溶剂洗涤沉淀物3~5次，而后溶于 去离子水，即可得到端基具有共轭基团的配体分子修饰的磁性纳米颗粒水溶液。
[0033] 方法二所述的有机金属化合物是含有过渡金属或者稀土金属的有机配合物，