一种具有核磁造影功能的环状聚合物及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种水溶性环状聚合物，具体的说是一种具有核磁造影功能的环状聚合物及其制备方法和应用。

背景技术：

上世纪七十年代，mallard，hutchison及lauterbur等首次获取到了历史上第一幅人体核磁共振图像mri(magneticresonanceimaging)。随着核磁共振在临床上的广泛运用，已逐渐成为许多医院常规影像检查手段。核磁共振成像(mri)是目前肿瘤检测的一种有效手段，具有无创伤、高分辨率、非辐射等优点，尤其是对软组织的诊断，相对于其他诊断手段如ct具有独特的优势。造影剂由于能有效提高mri的成像精度和拓宽其诊断范围从而得到了广泛的应用，临床约有大于40％的mri需要造影剂。钆小分子造影剂化学结构稳定，能有效的降低钆离子的生物毒性，是临床应用最广泛的mri造影剂。但是，钆小分子造影剂存在弛豫率低、特异性差、用量大等缺点，对含钆造影剂的多功能化已成为主要发展趋势。钆高分子造影剂由于能有效克服钆小分子造影剂的上述一些缺点，引起了材料科学和生物医学领域广大科学工作者的重视。

近年来，核磁共振成像(mri)在临床诊断中应用广泛，尤其在癌症和肿瘤的检测上具有独特的优势。为了能更精确地分辨病变组织，造影剂是不可或缺的。目前，低分子量的含钆配合物如magnevist、omniscan和dotarem等由于具有低毒性和高稳定性成为临床仅有的一类mri造影剂。但此类造影剂具有体内循环时间短、弛豫率低和用量大等缺点。

技术实现要素：

针对上述现有技术所存在的不足，本发明旨在提供一种具有核磁造影功能的环状聚合物及其制备方法和应用。本发明通过分子设计手段，获得一种具有磁共振成像功能的环状聚合物，可用于人体血液、器官、细胞和肿瘤的磁共振影像。本发明环状聚合物具有良好的水溶性，一般0.2-12小时可以代谢出小鼠体外。

本发明具有核磁造影功能的环状聚合物，其结构式如下：

其中，n的数值区间是10-400，m为5或6。

本发明具有核磁造影功能的环状聚合物的制备方法，是以dhp树脂作为功能化引发剂，以聚乙二醇甲基丙烯酸酯为单体，首先合成线性水溶性聚合物，再以所述线性水溶性聚合物和叠氮化钠为原料，进行叠氮化反应，得到含有叠氮基的线性聚合物；然后以含有叠氮基的线性聚合物在溴化亚铜催化下进行点击反应，得到固定于树脂的水溶性环状聚合物；再以所述水溶性环状聚合物、三氟乙酸和二氯乙烷为原料进行切断反应，得到不含dhp树脂的环状聚合物；将得到的不含dhp树脂的环状聚合物和二乙基三胺五乙酸二酐进行酯化反应，得到环状螯合剂；最后以所述环状螯合剂和六水合氯化钆为原料，进行螯合反应，得到目标产物。

本发明具有核磁造影功能的环状聚合物的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1：合成固定于dhp树脂的线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)

在氮气保护下，将引发剂a、溴化亚铜、单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯和有机溶剂加入史莱克管中，油泵抽气-液氮冷冻-氮气充气三个循环，每个循环做6-15次，循环结束后，加入五甲基二乙烯三胺，升温到60-100℃，搅拌反应10-24小时，反应结束后反复洗涤，滤渣真空干燥后得到dhp树脂固定的线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)；

其中，引发剂a、五甲基二乙烯三胺、溴化亚铜和单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯的摩尔比为1-10：1-10：1-10：1-400。

所述引发剂a为c11h18brno3，其cas号为1174531-48-6。

步骤2：叠氮化过程

在氮气保护下，将dhp树脂固定的线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)、叠氮化钠和有机溶剂加入两口瓶中，升温到35-55℃，搅拌反应12-48小时，反应结束后反复洗涤，滤渣真空干燥后得到dhp树脂固定的叠氮化线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)；

其中，dhp树脂固定的线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)与叠氮化钠的摩尔比为1：1-10。

步骤3：点击反应

在氮气保护下，将dhp树脂固定的叠氮化线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)、溴化亚铜和有机溶剂加入史莱克管中，油泵抽气-液氮冷冻-氮气充气三个循环，每个循环做6-15次，循环结束后，加入五甲基二乙烯三胺，升温到60-100℃，搅拌反应10-48小时，反应结束后反复洗涤，滤渣真空干燥后得到dhp树脂固定的环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)；

其中，溴化亚铜、五甲基二乙烯三胺和dhp树脂固定的叠氮化线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)的摩尔比为1-10：1-10：1-10。

步骤4：切断反应

在氮气保护下，将dhp树脂固定的环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)、有机溶剂和三氟乙酸加入两口瓶中，室温下搅拌反应10-48小时，反应结束后用四氢呋喃反复洗涤，滤液旋转干燥得到环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)；

其中，三氟乙酸和dhp树脂固定的环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)的摩尔比为1-10：0.1-10，有机溶剂与三氟乙酸的体积比为1：0.1-1。

步骤5：酯化反应

在氮气保护下，将环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)、二乙基三胺五乙酸二酐、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和4-二甲氨基吡啶溶解于有机溶剂中，室温下搅拌反应10-48小时，反应结束后，去离子水透析12-24小时，冷冻干燥后得到产物为环状螯合剂；

其中，环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)、二乙基三胺五乙酸二酐、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和4-二甲氨基吡啶的摩尔比为0.01-0.1：1-10：1-10：0.1-1。

步骤6：螯合反应

将环状螯合剂、六水合氯化钆和乙酸铵溶解于有机溶剂中，室温下搅拌反应10-48小时，反应结束后，去离子水透析48-72小时，冷冻干燥后得到环状造影剂。

其中，环状螯合剂、六水合氯化钆和乙酸铵的摩尔比为0.01-0.1：1-10：0.01-1。

本发明一方面可以得到具有良好水溶性的环状聚合物，另一方面，环状聚合物中钆离子的引入，具有良好的造影效果。

步骤1中，含有羟基的线性聚合物的合成过程如下：

其中，n的数值区间是10-400，m为5或6。

所述有机溶剂选自四氢呋喃、n,n'-二甲基甲酰胺、二氯甲烷或二氧六烷等。

步骤2中，叠氮化过程如下：

其中，n的数值区间是10-400，m为5或6。

所述有机溶剂选自四氢呋喃、n,n'-二甲基甲酰胺、二氯甲烷或二氧六烷等。

步骤3中，点击反应过程如下：

其中，n的数值区间是10-400，m为5或6。

所述有机溶剂选自四氢呋喃、n,n'-二甲基甲酰胺、二氯甲烷或二氧六烷等。

步骤4中，切断反应过程如下：

其中，n的数值区间是10-400，m为5或6。

所述有机溶剂选自二氯甲烷、四氢呋喃或二氧六烷等。

步骤5中，酯化反应过程如下：

其中，n的数值区间是10-400，m为5或6。

所述有机溶剂选自去离子水，四氢呋喃、n,n'-二甲基甲酰胺或二氧六烷等。

步骤6中，螯合反应过程如下：

其中，n的数值区间是10-400，m为5或6。

所述有机溶剂选自去离子水、四氢呋喃、n,n'-二甲基甲酰胺或二氧六烷等。

本发明环状聚合物的应用，是将所述环状聚合物的配制成一定浓度的溶液作为核磁共振成像的造影剂使用。

本发明具有核磁造像功能的环状聚合物具有良好的水溶性，所述溶液含钆离子浓度在0.05-2mg/ml，一般0.2-12h可以代谢完全。

本发明具有核磁造像功能的环状聚合物制备简单，所用材料环保，在生物医疗领域中具有很大的潜在应用价值。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过原子转移自由基聚合(atrp聚合)的方法设计得到线性聚合物，该方法制备得到的线性聚合物既分子量可控，又继承了聚乙二醇甲基丙烯酸酯的优良水溶性性能。

2、本发明采用原子转移自由基聚合，反应过程简单高效，后处理简单，反应条件可控，重复性好，容易实现工业化生产。

3、本发明采用聚合物和钆离子结合，相比于单纯的聚合物或者钆粒子，本发明制备的造影剂能够在水中稳定分布和存在，具有低毒性和环境友好的特点，有望在临床方面得到广泛的应用。

附图说明

图1是环状聚合物由溴基到叠氮基变化前后的红外图谱，由图1可以看出含有叠氮基的环状聚合物在2100cm^-1处出现溴基特征峰，由此可见点击所得产物是含有叠氮基的环状聚合物。

图2是得到的环状聚合物在动态光散射(dls)中的粒径分布图。图2可以看出，水溶性环状聚合物的粒径分布较好，尺寸大小约为220nm。

图3是得到的环状聚合物的恒星弛豫率图。图3可以看出，所测试得弛豫率为r1＝12.3mm^-1s^-1

具体实施方式

下面结合具体实施实例，进一步详细的说明本发明。应理解下面实施例仅说明本发明而不用于限制本发明范围。

实施例1：

1、在氮气保护下，将1g(0.01mmol)实验室合成的引发剂a，1.43mg(0.01mmol)溴化亚铜、0.36g(1mmol)单体(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)加入史莱克管中，加入10mln,n'-二甲基甲酰胺做溶剂，抽气-冷冻-充气三个循环，每个循环做10次。循环结束后，加入1.73mg(0.01mmol)五甲基二乙烯三胺，升温到70℃，搅拌反应12小时，反应结束后反复洗涤，滤渣真空干燥后得到固定与dhp树脂的线性聚寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯，产率为83.3％。

2、在氮气保护下，以步骤1制备的固定与dhp树脂的线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)1.30g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的两口瓶中加入65mg(1mmol)叠氮化钠，加入10mln,n'-二甲基甲酰胺做溶剂，升温到35℃，搅拌反应12小时，反应结束后反复洗涤，滤渣真空干燥后得到固定与dhp树脂的叠氮化线性聚寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯，产率98％。

3、在氮气保护下，以步骤2制备的固定与dhp树脂的叠氮化线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)1.28g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的史莱克管中加入1.43mg(0.01mmol)，加入10mln,n'-二甲基甲酰胺做溶剂，油泵抽气-液氮冷冻-氮气充气三个循环，每个循环做10次，循环结束后，加入1.73mg(0.01mmol)五甲基二乙烯三胺，升温到70℃，搅拌反应12小时，反应结束后反复洗涤，滤渣真空干燥后得到固定与dhp树脂的环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)，产率100％。

4、在氮气保护下，以步骤3制备的固定与dhp树脂的叠氮化环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)1.28g,为原料，在配有双排管、搅拌磁子的两口瓶中加入10ml二氯甲烷和1ml三氟乙酸，搅拌反应12小时，反应结束后用四氢呋喃反复洗涤，滤液旋转干燥得到环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)，产率为89.3％。

5、在氮气保护下，以步骤4制备的环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)0.25g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的两口瓶中加入0.357g(1mmol)二乙基三胺五乙酸二酐、10ml去离子水、0.192g(1mmol)1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.122g(1mmol)4-二甲氨基吡啶，搅拌反应12小时，反应结束后，去离子水透析12小时，冷冻干燥得到环状螯合剂，产率约69％。

6、在氮气保护下，以步骤5制备的将环状螯合剂0.42g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的两口瓶中加入0.37g(1mmol)六水合氯化钆、100ml去离子水和77mg(0.1mmol)乙酸铵加入两口瓶中，搅拌反应12小时，反应结束后，去离子水透析48小时，冷冻干燥得到环状造影剂，产率为73.6％。

实施例2：

1、在氮气保护下，将2g(0.02mmol)实验室合成的引发剂a，1.43mg(0.01mmol)溴化亚铜、0.36g(1mmol)单体(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)加入史莱克管中，加入10mln,n'-二甲基甲酰胺做溶剂，抽气-冷冻-充气三个循环，每个循环做15次。循环结束后，加入1.73mg(0.01mmol)五甲基二乙烯三胺，升温到80℃，搅拌反应24小时，反应结束后反复洗涤，滤渣真空干燥后得到固定与dhp树脂的线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)，产率为82.4％。

2、在氮气保护下，以步骤1制备的固定与dhp树脂的线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)2.30g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的两口瓶中加入65mg(1mmol)叠氮化钠，加入20mln,n'-二甲基甲酰胺做溶剂，升温到55℃，搅拌反应24小时，反应结束后反复洗涤，滤渣真空干燥后得到固定与dhp树脂的叠氮化线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)，产率98％。

3、在氮气保护下，以步骤2制备的固定与dhp树脂的叠氮化线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)1.28g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的史莱克管中加入1.43mg(0.01mmo)，加入20mln,n'-二甲基甲酰胺做溶剂，油泵抽气-液氮冷冻-氮气充气三个循环，每个循环做15次，循环结束后，加入1.73mg(0.01mmol)五甲基二乙烯三胺，升温到80℃，搅拌反应24小时，反应结束后反复洗涤，滤渣真空干燥后得到固定与dhp树脂的环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)，产率100％。

4、在氮气保护下，以步骤3制备的固定与dhp树脂的叠氮化环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)2.28g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的两口瓶中加入10ml二氯甲烷和1ml三氟乙酸，搅拌反应24小时，反应结束后用四氢呋喃反复洗涤，滤液旋转干燥得到环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)，产率为89.3％。

5、在氮气保护下，以步骤4制备的环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)0.26g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的两口瓶中加入0.357g(1mmol)二乙基三胺五乙酸二酐、20ml去离子水、0.192g(1mmol)1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.122g(1mmol)4-二甲氨基吡啶，搅拌反应24小时，反应结束后，去离子水透析24小时，冷冻干燥得到环状螯合剂，产率约72％。

6、在氮气保护下，以步骤5制备的将环状螯合剂0.42g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的两口瓶中加入0.44g(1mmol)六水合氯化钆、200ml去离子水和77mg(0.1mmol)乙酸铵加入两口瓶中，搅拌反应24小时，反应结束后，去离子水透析72小时，冷冻干燥得到环状造影剂，产率为70.6％。

实施例3：

1、在氮气保护下，将3g(0.03mmol)实验室合成的引发剂a，1.43mg(0.01mmol)溴化亚铜、0.36g(1mmol)单体(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)加入史莱克管中，加入10mln,n'-二甲基甲酰胺做溶剂，抽气-冷冻-充气三个循环，每个循环做10次。循环结束后，加入1.73mg(0.01mmol)五甲基二乙烯三胺，升温到70℃，搅拌反应12小时，反应结束后反复洗涤，滤渣真空干燥后得到固定与dhp树脂的线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)，产率为80.3％。

2、在氮气保护下，以步骤1制备的固定与dhp树脂的线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)2.30g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的两口瓶中加入65mg(1mmol)叠氮化钠，加入10mln,n'-二甲基甲酰胺做溶剂，升温到35℃，搅拌反应12小时，反应结束后反复洗涤，滤渣真空干燥后得到固定与dhp树脂的叠氮化线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)，产率90.8％。

3、在氮气保护下，以步骤2制备的固定与dhp树脂的叠氮化线性聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)3.28g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的史莱克管中加入1.43mg(0.01mmol)，加入10mln,n'-二甲基甲酰胺做溶剂，油泵抽气-液氮冷冻-氮气充气三个循环，每个循环做10次，循环结束后，加入1.73mg(0.01mmol)五甲基二乙烯三胺，升温到70℃，搅拌反应12小时，反应结束后反复洗涤，滤渣真空干燥后得到固定与dhp树脂的环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)，产率100％。

4、在氮气保护下，以步骤3制备的固定与dhp树脂的叠氮化环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)2.28g,为原料，在配有双排管、搅拌磁子的两口瓶中加入10ml二氯甲烷和1ml三氟乙酸，搅拌反应12小时，反应结束后用四氢呋喃反复洗涤，滤液旋转干燥得到环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)，产率为96.4％。

5、在氮气保护下，以步骤4制备的环状聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)0.27g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的两口瓶中加入0.357g(1mmol)二乙基三胺五乙酸二酐、10ml去离子水、0.192g(1mmol)1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.122g(1mmol)4-二甲氨基吡啶，搅拌反应12小时，反应结束后，去离子水透析12小时，冷冻干燥得到环状螯合剂，产率约86.1％。

6、在氮气保护下，以步骤5制备的将环状螯合剂0.54g为原料，在配有双排管、搅拌磁子的两口瓶中加入0.37g(1mmol)六水合氯化钆、100ml去离子水和77mg(0.1mmol)乙酸铵加入两口瓶中，搅拌反应12小时，反应结束后，去离子水透析48小时，冷冻干燥得到环状造影剂，产率为60.1％。

需要说明的是，在符合本领域常识的基础上，上述条件可以任意组合即得本发明的较佳实施例。