专利名称：超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的制造方法及该纳米粒子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够进行高温自体发热的加工的超顺磁性掺镁铁氧体(Mg doped ferrite)纳米粒子的制造方法及其应用。根据本发明制造的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，能够应用于在生体内针对癌症的热疗剂(hyperthermia agent)及自我防御机制热休克蛋白衍生物，由此能够应用于脑肿瘤、视神经疾病、脑神经疾病等各种疾病的临床治疗。
背景技术：
高温热疗法是以43°C 45°C的温度对癌细胞进行加热而使其凋亡的治疗方法， 相比于现有癌症治疗方法中的化学疗法(chemotherapy)及放射疗法(radiotheraphy)，使临床副作用最小化的同时，能够针对分布于局部的癌细胞或者分布于人体内部深层的癌细胞(组织)进行选择性及有效的治疗，关于其临床可行性的研究范围正在急速扩大。尤其是近年来(2000年以后)，借助能够控制到数纳米大小的超顺磁性纳米粒子合成技术的开发，与直接将纳米粒子注入到人体并选择性地凋亡癌细胞(组织)的生体内热疗(in-vivo hyperthermia)相关的研究，正在全球性地备受瞩目。目前正在考虑或正在使用的人体注入型超顺磁性纳米粒子(hyperthermia agent)是经FDA认证的!^e3O4纳米粒子，但!^e3O4纳米粒子其结晶相随着周围环境的条件容易转变成α -Fe2O3^ Y -Fe3O4及!^e3O4等，其发热特性和磁特性也会随之发生变化，由此在实际临床应用中存在局限性，特别是其发热温度在生体内(in-vivo)状态下是15°C以下，并且超过用于发热的AC频率及对人体无害的磁场限值H · · = 4. ^xIO8AnT1iT1 (H = 2000e以下，f = 120kHz以下)，因而从根本上无法应用。并且，关于其他物质的研究，还有钴(Co)、镍(Ni)、镁(Mg)系列的MFii2O4 (M = Co、 Ni,Mg)纳米粒子，但由于其低发热温度(25°C:钴的情况，剩余为其以下)，将无法适用于生体内。尤其是在MgFe2O4的情况下，其纳米粒子合成本身的难点以及基于较小的磁各向异性的低发热温度一直成为问题。因此，目前迫切需要一种作为新的高功能性高温热疗制剂的纳米粒子。据最近的报告，由于具有数nm 数μ m大小的若干镁系合金或氧化物纳米粒子具有高磁化率、高自体发热( 120°C)及高生物相容性(细胞存活率90%)，因此作为高温热疗制剂的可能性非常高，但与具有实际能够注入到人体的IOnm以下大小的纳米粒子相关的研究却不够充分，目前还没有将其应用于高温热疗制剂(hyperthermia agent)和热休克蛋白衍生物并针对脑肿瘤、视神经疾病、脑神经疾病等疾病进行临床治疗的应用技术。
发明内容
本发明提供一种将公认的生物相容性优秀但难以合成的镁系铁氧体纳米粒子由能够直接注入到人体的IOnm以下的大小进行合成的方法以及能够将其磁性适用于高温热疗制剂的新技术，并且将其应用于针对癌症的热疗剂及自我防御机制热休克蛋白衍生物，由此揭示对于脑肿瘤、视神经疾病、脑神经疾病等临床治疗应用的可行性。为了合成呈现高温自体发热特性的掺镁铁氧体纳米粒子，利用了 HTTD(high temperature thermal decomposition，高温热分解)方式，为了确保合成的成功，由用于控制还原(reduction)的十六烷二醇的浓度及作为表面活性剂的油胺(oleylamine)以及油酸(Oleic acid)对其反应性进行控制，由此成功合成具有各种镁含量的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，并确保对于其自体发热特性及生物相容性的特性，使得能够应用于高温热癌症治疗及自我防御机制热休克蛋白衍生物。有利的效果通过本发明提出的合成方法，在人体可适用频率及磁场范围内呈现各种发热温度 (数。C IO(TC)及高生物相容性(细胞存活率90%以上)，成功合成了具有能够直接注入到人体的7 8nm大小的加工的超顺磁性单相掺镁铁氧体纳米粒子。该温度属于可应用于温热治疗及热休克蛋白制剂的范围，上述纳米粒子是在实际生体内可适用的加工的首次超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子制剂。通过本发明开发的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，其根据频率及外部磁场强度的变化，能够顺利获取各种温度(数。C 100°c )，进而能够作为癌细胞类型及位置与自我防御机制热休克蛋白衍生物实现各种人体应用。通过本发明合成的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，基于大磁化值能够应用于磁共振成像造影剂，进而，不仅能够提高有效的造影诊断技术，还能通过与高温热癌症治疗的结合，形成能够同时进行诊断与治疗的技术基础。通过根据本发明开发的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的有效的热休克蛋白技术开发，迎来了视神经保护领域的新转机，形成能够使由糖尿病性视网膜病变和青光眼疾病造成的失明最小化的技术基础。
图1是表示本发明的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的合成方法的流程图。图2是表示根据本发明的实施例合成的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的结晶结构分析的X射线衍射(XRD)图表。图3是根据本发明的实施例合成的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)图。图4是表示加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的磁特性分析结果。图5是测定根据本发明的实施例合成的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的发热温度及用于比较的一般MgF%04、FeFe2O4, NiFe2O4发热温度的图表。图6表示根据十六烷二醇浓度合成的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的自体发热温度及频率依赖性。图7表示基于根据本发明的实施例合成的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子在十六烷二醇使用浓度的虚磁化率(imaginarysusc印tibility)、饱和磁化强度及功率损
(total and relaxation)图8及图9表示根据本发明的实施例合成的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子及狗304、NiFe2O4的细胞存活率调查结果。
具体实施例方式如图1所示，本发明的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的制造方法，包括如下步骤在原料物质三乙酰丙酮铁0 (III) acetylacetonate)、镁及还原剂(reduction， hexadecanediol，十六烷二醇)中混合苄醚(Benzyl ether)及作为表面活性剂的油酸 (Oleic acid)和油胺(Oleylamine)之后，通过第一次热处理生成核，并通过第二次热处理使纳米粒子生长之后，对其进行清洗、离心分离、干燥以及研磨。通过上述一系列过程制造的纳米粒子，利用正硅酸乙酯 (Tetraethylorthosilicate) > 壳聚糖(chitosan)及 D-葡萄糖葡聚糖(D-glucose dextran)进行追加涂敷。为了探索通过本发明合成的新概念的MgFe2O4高温热癌症治疗、热休克蛋白衍生的神经疾病及视神经疾病治疗以及作为磁共振成像造影剂的可应用性进行了自体发热特性、磁特性及生物相容性测试。下面，将通过实施例对本发明进行更加详细的说明。化学药品1.作为起始物质(precursor, or starting material)使用三乙酰丙酮铁 (2mmol)。2.在烧瓶中加入起始物质及目标纳米粒子所需的靶材(targetmaterials 镍、 钴、镁等，各lmmol)。本发明的主要纳米粒子是镁纳米粒子。3.为了实现还原效果，将还原剂(hexadecanediol，十六烷二醇)逐量添加至O IOmmol (O 100 % )。(其作用是从狗分离氧并进行离子化，并作为催化剂促进镁离子与铁离子的反应，有助于生成掺镁铁氧体。)试剂1.在混合有化学药品的烧瓶中添加20ml苄醚(Benzyl ether)。2.添加作为表面活性剂的油酸(Oleic acid) (2. 4ml)及油胺(Oleylamin) (3. 5ml)。该试剂作为表面活性剂，根据条件也可以不使用。在本发明中使用的镁纳米粒子的情况下，根据表面活性剂的有无，将还原剂的浓度分别调整为O %、25 %、50 %、70 %、100 %，合成了加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子。第一次热处理工序在混合有化学药品及试剂的烧瓶中放入磁吸棒，将温度计浸入溶液之后搅拌的同时进行加热。在第一次热处理过程中，约30分钟内逐步升温至200°C，最终在200°C温度条件下维持30分钟。该过程是核生成过程。第二次热处理工序约30分钟内逐步升温至296°C，即苄醚的沸点。在苄醚的沸点下维持30分钟。该过程是纳米粒子生长过程。联苯醚能够替代苄醚，但鉴于纳米粒子合成时高温有助于粒度分布(sizedistribution)的观点，使用了苄醚。维持30分钟之后，将温度降至常温。第一次清洗及离心分离在降至常温的溶液中倒入40ml乙醇并清洗1小时。结束清洗之后，将溶液倒入至离心分离管，以6500rpm运行离心分离器12分30秒。离心分离器结束运行之后，将会看到离心分离管中生成黑色沉淀物，这就是合成的纳米粒子。最后，去除离心分离管中的溶液。第二次清洗及离心分离在烧瓶中倒入30ml乙醇及15ml正己烷，并利用磁吸棒进行搅拌。将第一次分离过程中获取的纳米粒子放入到混合有上述溶液的烧瓶之后进行清洗40分钟。结束清洗之后，将含有纳米粒子的溶液倒入至离心分离管，以6500rpm运行离心分离器12分30秒。离心分离器结束运行之后，去除离心分离管中的溶液，收集各纳米粒子并在常温下进行干燥。研磨(grinding)将彻底干燥的纳米粒子放入到研钵(mortar)内进行约10分钟的研磨。结束研磨之后，收集纳米粒子，然后测定其重量之后予以保管。通过上述图1中所示的工序来制造的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子可以是3种成分系列的MgFe2O4或者4种成分系列的MgS^e2O4或MgMr^e204。图2及图3中表示了利用上述实施例的HTTD (high temperaturethermal decomposition，高温热分解)方法改变化学物质(十六烷二醇、油酸及油胺)的组成 (0% 100% )而合成MgFe2O4纳米粒子的结果。图2表示加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的X射线衍射结果。从该结果中可以看出，按照各个不同条件合成的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，根据调整的掺镁量具有单相的相同结晶结构。图3是合成的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)图， 由此可以看出，通过上述方法合成的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子具有6. 5 9nm 的大小。可见，该掺镁铁氧体纳米粒子由能够注入到人体的超顺磁性大小成功合成了。表1表示基于表面活性剂(surfactant)有无及十六烷二醇(hexadecanediol)浓度的掺镁量。表 1
ICP/EDX
十六烷二醇浓度掺镁量掺铁量
% % %
Mg: Fe
权利要求
1.一种加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的制造方法，铁氧体中掺镁而制造IOnm 以下的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，其特征在于，混合由三乙酰丙酮铁、镁及溶剂组成的原料物质之后，通过第一次热处理生成核，并通过第二次热处理使纳米粒子生长后，对其进行清洗、离心分离、干燥以及研磨。
2.根据权利要求1所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的制造方法，其特征在于，上述原料物质还包含十六烷二醇，其摩尔浓度调节为0 IOmmol。
3.根据权利要求1或2所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的制造方法，其特征在于，上述原料物质还包含表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的制造方法，其特征在于，上述表面活性剂为油酸和油胺。
5.根据权利要求1所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的制造方法，其特征在于，上述溶剂为联苯醚或苄醚。
6.根据权利要求1所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的制造方法，其特征在于，上述第一次热处理温度为200°C、第二次热处理温度为259°C 296°C。
7.—种加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，其特征在于，通过权利要求1中所述的制造方法而制得，其磁特性具有40 70emU/g的饱和磁化值。
8.根据权利要求7所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，其特征在于，具有 10°C 105°C的自体发热特性。
9.根据权利要求7所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，其特征在于，上述加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子适用于高温热疗。
10.根据权利要求9所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，其特征在于，上述加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的大小为IOnm以下，以直接注入到人体的方式适用于上述高温热疗。
11.根据权利要求10所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，其特征在于，上述加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的细胞存活率达到90%以上，由此具有高生物相容性。
12.根据权利要求10或11所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，其特征在于， 上述加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子适用于老年痴呆症及帕金森氏病的治疗。
13.根据权利要求10或11所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，其特征在于， 上述加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子适用于在正常细胞中衍生热休克蛋白的方式，进而适用于青光眼或糖尿病性视网膜病变的治疗。
14.根据权利要求7、10及11中任一项所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，其特征在于，上述加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子适用于磁共振成像造影剂。
15.根据权利要求14所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子，其特征在于，上述磁共振成像造影剂同时适用于诊断及高温热癌症治疗。
16.根据权利要求1所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的制造方法，其特征在于，完成上述研磨工序之后，还包括利用正硅酸乙酯、壳聚糖及D-葡萄糖葡聚糖进行涂敷的步骤。
17.根据权利要求1所述的加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子的制造方法，其特征在于，上述加工的超顺磁性掺镁铁氧体纳米粒子是3种成分系列的MgFe2O4或4种成分系列的 MgZnFe2O4 或 MgMnFe2O41全文摘要
本发明涉及一种掺镁加工的超顺磁性铁氧体纳米粒子(Engineered Mg doped ferrite superparamagnetic nanoparticles)制造方法及将其应用于高温热癌细胞治疗(hyperthermia)及自我防御机制热休克蛋白衍生的技术。
文档编号B82B3/00GK102264632SQ200980152546
公开日2011年11月30日 申请日期2009年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者裴成泰, 郑景元 申请人:NURI Vista株式会社