一种荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针及其制备方法与流程

本发明属于生物医学技术领域，具体涉及一种荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针及其制备方法。

背景技术：

目前，由于环境的恶化、生活节奏的加快等因素，癌症已经成为威胁人类健康的主要杀手之一。其中，尤以肺癌的患病人数居恶性肿瘤患病人数之首。如何寻找有效的肿瘤诊断方法对捍卫人类生命健康安全具有重大的意义。

近年来，光学成像(OI)、磁共振成像(MRI)、计算机X线断层扫描(CT)、正电子发射断层成像(PET)、单电子发射计算机断层成像(SPECT)和超声成像(USG)等在肿瘤的临床诊断上得到了广泛的应用。然而，现代生物医学研究和临床医学中都要求成像技术能够体现特异的靶向性、无创性、高分辨率、3D成像效果等特性，而CT、MRI和OI技术由于其不同的原理，具有不同的成像特性以及各自的优缺点。CT是通过采集X线在穿透不同组织后的衰减信息，经过计算机分析后，呈现出高分辨率的三维模拟图像的一门技术，然而在密度相近、组成元素相似的软组织中分辨能力较低，使其在疾病诊断中能够提供的信息比较有限。MRI是采集磁场下质子弛豫时间的信息，通过计算机分析而成像，因此可提供一个较高软组织分辨率的图像，并且从原理上避免了非电离辐射损伤。但是成像结果不如光学成像那样结果直观，很多病变还不能只凭核磁共振成像结果进行精确而准确的诊断；且部分病变钙化灶内不含质子，不产生磁共振信号，故磁共振成像对钙化不敏感；装有心脏起搏器的病人或者体内有金属植入物或金属异物者不能进行核磁共振成像。荧光成像则存在空间分辨率低和深层组织穿透能力差等问题。所以在疾病早期诊断中，单个成像模态获得疾病部位的信息现在难以满足对早期癌症可靠和准确的诊断，将多种检查手段相结合，互取其长、互补其短是一种行之有效的方法。为了更好的充分利用每种成像方法的优点，克服各自的缺点，开发一种能够应用于临床实际工作，同时满足CT和MRI要求的多功能造影剂，已经成为一种新的发展趋势和研究热点。理想的多功能造影剂需要具有高效X线吸收率、较高磁扰动能力、长循环时间等特点，而且若再将荧光成像作用结合其中，形成荧光/CT/MRI多模式成像造影剂将会更具意义。

然而，目前尚没有一种成熟的造影剂材料能够将三种成像方法互相结合，因此如何构建一个能够将荧光、CT和MRI成像造影剂协同统一的新型探针，使每种生物成像都能发挥其各自优点的同时弥补其自身的不足，这成为了研制造影剂材料的新重点。

技术实现要素：

本发明的目的是寻求一种性能优越、安全可靠、极具潜力的荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针，这对于临床中疾病的早期发现和定性诊断具有很大的帮助，并且能够为靶细胞特异性成像或肿瘤的精确治疗提供一种新的方式。

发明人根据上转换发光、CT与MR造影剂的原理及现有对稀土、碘离子在生物成像领域的研究，可以推测采用具有相应结构的材料可以用于荧光/CT/MR成像，将其利用量子点进行有机整合，可以提高上转换发光效果，并将激发光和发射光的波长调整到近红外光区，进而增强其在生物体内的荧光成像效果。

本发明的技术方案如下：

一种荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针，其制备方法为：在分别采用一锅法一步反应制备油溶性的Gd-doped碳量子点和水溶性的I-doped碳量子点后，再采用乳化法将疏水化改性后的高分子材料包裹量子点，获得荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针。

具体步骤为：

(1)采用一锅法一步反应制备Gd-doped碳量子点；

(2)采用一锅法一步反应制备油溶性I-doped碳量子点；

(3)采用乳化法将疏水化改性后的高分子材料包裹量子点，获得荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针。

进一步的，一种荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针，其制备方法为：

(1)将乙二胺四乙酸、三乙烯四胺和乙二醇混合在一起，室温搅拌使其形成一种透明的溶液；在不停的磁力搅拌下加入Gd₂O₃，搅拌混合溶液；将上述溶液加入微波炉高温加热，待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，离心除去大颗粒，收集上清液注入透析袋内进行透析；将透析后的产物进行真空旋转蒸发至固体状，获得Gd-doped碳量子点，避光密封保存待用；

(2)将甘氨酸、碘克沙醇和蒸馏水混合在一起，室温搅拌使其形成一种透明的溶液；在不停的磁力搅拌下加入聚四氟乙烯，高温搅拌混合溶液；待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，离心除去大颗粒，收集上清液注入到透析袋内进行透析；将透析后的产物进行真空旋转蒸发至固体状，获得I-doped碳量子点；

(3)将聚(叔丁基丙烯酸酯-乙基丙烯酸酯-甲基丙烯酸)三嵌段共聚物与辛胺混合溶解在二甲亚砜中，加入碳化二亚胺反应后纯化，得到高分子溶液；将制备得到的Gd-doped碳量子点、I-doped碳量子点和高分子溶液共同充分溶解在氯仿中，在超声过程中加入到乳化剂Lipoid E-80和蒸馏水中，并继续超声，然后再室温下对获得的乳液进行磁力搅拌，直到氯仿完全挥发，即得到荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针。

进一步的，一种荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针，其制备方法为：

一种荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针，其制备方法为：

(1)将2.0mmol乙二胺四乙酸、5mL三乙烯四胺和1.0mL乙二醇混合在一起，室温搅拌使其形成一种透明的溶液；在不停的磁力搅拌下加入2.0mmol Gd₂O₃，搅拌混合溶液20h；将上述溶液加入到功率为800W微波炉高温加热1分钟，待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，8000g离心30分钟除去大颗粒，收集上清液注入截留分子量为1000Da透析袋内进行透析，透析时间为48h，每间隔12h换一次水；将透析后的产物进行真空旋转蒸发至固体状，蒸发温度为50℃，压力为-0.1MPa，获得Gd-doped碳量子点，避光密封保存待用；

(2)将1.0mmol甘氨酸、2.0mmol碘克沙醇和10mL蒸馏水混合在一起，室温搅拌使其形成一种透明的溶液；在不停的磁力搅拌下加入聚四氟乙烯，在150℃下搅拌混合溶液20h；待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，12000g离心30分钟除去大颗粒，收集上清液注入到分子截留量为1000Da的透析袋内进行透析，透析时间为48h，每间隔6h换一次水；将透析后的产物进行真空旋转蒸发至固体状，蒸发温度为50℃，压力为-0.1MPa，获得I-doped碳量子点；

(3)将20mL聚(叔丁基丙烯酸酯-乙基丙烯酸酯-甲基丙烯酸)三嵌段共聚物与20mL辛胺混合溶解在二甲亚砜中，加入碳化二亚胺反应6h后纯化，得到高分子溶液；将制备得到的Gd-doped碳量子点、I-doped碳量子点和高分子溶液共同充分溶解在氯仿中，在用超声波破碎仪超声过程中加入到乳化剂Lipoid E-80和蒸馏水中，并继续超声21min，然后再室温下对获得的乳液进行磁力搅拌，直到氯仿完全挥发，即得到荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明开创性的分别制备了Gd-doped碳量子点和I-doped碳量子点，并将它们有机整合在一起，弥补了一种造影剂只能用于一种影像设备造影的不足，这对疾病的诊断具有重要意义。

(2)反应设备简单，操作简便，避免了复杂的后处理过程，并且原料价格低廉，适合于工业化生产。

(3)采用乳化法将疏水化改性后的高分子材料直接包裹量子点，在保证产品稳定性的同时提供了良好的水溶性，并且能够阻止Gd和I离子的扩散，具有较低的生物毒性，产品安全可靠。

附图说明

图1.荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针物理形貌特征的表征(低倍镜)。

图2.荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针物理形貌特征的表征(高倍镜)。

图3.荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针荧光显示的表征。

图4.荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针MRI显示的表征。

图5.荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针CT显示的表征。

具体实施方式：

下面通过具体实施例说明本发明的技术方案，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但是本发明的技术方案不以具体实施例为限。

实施例1制备例

一种荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针，其制备方法为：

(1)将2.0mmol乙二胺四乙酸、5mL三乙烯四胺和1.0mL乙二醇混合在一起，室温搅拌使其形成一种透明的溶液；在不停的磁力搅拌下加入2.0mmol Gd₂O₃，搅拌混合溶液20h；将上述溶液加入到功率为800W微波炉高温加热1分钟，待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，8000g离心30分钟除去大颗粒，收集上清液注入截留分子量为1000Da透析袋内进行透析，透析时间为48h，每间隔12h换一次水；将透析后的产物进行真空旋转蒸发至固体状，蒸发温度为50℃，压力为-0.1MPa，获得Gd-doped碳量子点(产率为2.33％)，避光密封保存待用；

(2)将1.0mmol甘氨酸、2.0mmol碘克沙醇和10mL蒸馏水混合在一起，室温搅拌使其形成一种透明的溶液；在不停的磁力搅拌下加入聚四氟乙烯，在150℃下搅拌混合溶液20h；待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，12000g离心30分钟除去大颗粒，收集上清液注入到分子截留量为1000Da的透析袋内进行透析，透析时间为48h，每间隔6h换一次水；将透析后的产物进行真空旋转蒸发至固体状，蒸发温度为50℃，压力为-0.1MPa，获得I-doped碳量子点(产率为5.26％)；

(3)将20mL聚(叔丁基丙烯酸酯-乙基丙烯酸酯-甲基丙烯酸)三嵌段共聚物与20mL辛胺混合溶解在二甲亚砜中，加入碳化二亚胺反应6h后纯化，得到高分子溶液；将制备得到的Gd-doped碳量子点、I-doped碳量子点和高分子溶液共同充分溶解在氯仿中，在用超声波破碎仪超声过程中加入到乳化剂Lipoid E-80和蒸馏水中，并继续超声21min，然后再室温下对获得的乳液进行磁力搅拌，直到氯仿完全挥发，即得到荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针。

实施例2制备例

一种荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针，其制备方法为：

(1)将1.0mmol乙二胺四乙酸、10mL三乙烯四胺和1.5mL乙二醇混合在一起，室温搅拌使其形成一种透明的溶液；在不停的磁力搅拌下加入1.0mmol Gd₂O₃，搅拌混合溶液15h；将上述溶液加入到功率为800W微波炉高温加热1分钟，待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，8000g离心30分钟除去大颗粒，收集上清液注入截留分子量为1000Da透析袋内进行透析，透析时间为72h，每间隔12h换一次水；将透析后的产物进行真空旋转蒸发至固体状，蒸发温度为60℃，压力为-0.1MPa，获得Gd-doped碳量子点(产率为1.48％)，避光密封保存待用；

(2)将1.0mmol甘氨酸、1.5mmol碘克沙醇和20mL蒸馏水混合在一起，室温搅拌使其形成一种透明的溶液；在不停的磁力搅拌下加入聚四氟乙烯，在150℃下搅拌混合溶液15h；待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，8000g离心30分钟除去大颗粒，收集上清液注入到分子截留量为1000Da的透析袋内进行透析，透析时间为48h，每间隔6h换一次水；将透析后的产物进行真空旋转蒸发至固体状，蒸发温度为60℃，压力为-0.1MPa，获得I-doped碳量子点(产率为3.57％)；

(3)将15mL聚(叔丁基丙烯酸酯-乙基丙烯酸酯-甲基丙烯酸)三嵌段共聚物与20mL辛胺混合溶解在二甲亚砜中，加入碳化二亚胺反应8h后纯化，得到高分子溶液；将制备得到的Gd-doped碳量子点、I-doped碳量子点和高分子溶液共同充分溶解在氯仿中，在用超声波破碎仪超声过程中加入到乳化剂Lipoid E-80和蒸馏水中，并继续超声15min，然后再室温下对获得的乳液进行磁力搅拌，直到氯仿完全挥发，即得到荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针。

实施例3制备例

一种荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针，其制备方法为：

(1)将1.0mmol乙二胺四乙酸、20mL三乙烯四胺和2.0mL乙二醇混合在一起，室温搅拌使其形成一种透明的溶液；在不停的磁力搅拌下加入2.5mmol Gd₂O₃，搅拌混合溶液25h；将上述溶液加入到功率为800W微波炉高温加热1分钟，待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，12000g离心30分钟除去大颗粒，收集上清液注入截留分子量为2000Da透析袋内进行透析，透析时间为72h，每间隔12h换一次水；将透析后的产物进行真空旋转蒸发至固体状，蒸发温度为50℃，压力为-0.1MPa，获得Gd-doped碳量子点(产率为1.06％)，避光密封保存待用；

(2)将2.0mmol甘氨酸、2.0mmol碘克沙醇和10mL蒸馏水混合在一起，室温搅拌使其形成一种透明的溶液；在不停的磁力搅拌下加入聚四氟乙烯，在200℃下搅拌混合溶液15h；待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，8000g离心40分钟除去大颗粒，收集上清液注入到分子截留量为1000Da的透析袋内进行透析，透析时间为72h，每间隔12h换一次水；将透析后的产物进行真空旋转蒸发至固体状，蒸发温度为60℃，压力为-0.1MPa，获得I-doped碳量子点(产率为2.84％)；

(3)将30mL聚(叔丁基丙烯酸酯-乙基丙烯酸酯-甲基丙烯酸)三嵌段共聚物与10mL辛胺混合溶解在二甲亚砜中，加入碳化二亚胺反应12h后纯化，得到高分子溶液；将制备得到的Gd-doped碳量子点、I-doped碳量子点和高分子溶液共同充分溶解在氯仿中，在用超声波破碎仪超声过程中加入到乳化剂Lipoid E-80和蒸馏水中，并继续超声25min，然后再室温下对获得的乳液进行磁力搅拌，直到氯仿完全挥发，即得到荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针。

实施例4产品确认

利用TEM表征荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针，表明制备的荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针具有较好分散性，均一的粒径分布。

利用荧光分光光度计和紫外吸收光度计表征制备的荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针光学特征表明，荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针水溶液在可见光-紫外区域没有有明显的吸收峰；荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针水溶液在自然光下呈浅黑色，在紫外灯照射下(365nm)发出蓝色荧光。荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针表现出明显的激发光依赖的发射光谱。荧光发射光谱的半峰宽度为90nm，且发射光谱窄而对称。结果表明，荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针具有较好的水分散性和荧光特性。

利用核磁共振成像仪表征荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针的弛豫效率。以Gd-DTPA为对照组，分别检测不同浓度下自旋-晶格弛豫时间T1和自旋-自旋弛豫T2。结果表明，与Gd-DTPA类似，荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针组T1信号强度与浓度之间存在明显正相关，而T2信号随浓度变化不明显。结果表明，荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针具有较好的弛豫效率，适合于作为高灵敏度的造影剂应用于MRI体内造影。

利用CT机表荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针的X射线衰减能力。以碘克沙醇为对照组，分别检测不同浓度下荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针纳米颗粒衰减X射线强度。结果表明，与对照组相比，荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针组衰减信号强度与浓度之间存在明显正相关。结果表明，荧光/CT/MRI多模态成像量子点探针具有较好的X射线衰减能力，适合于作为高灵敏度的造影剂应用于CT体内造影。