专利名称：一种具有荧光和磁共振成像的双模式造影剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及医学诊断成像领域。更具体地，涉及设计和合成一种双模式造影剂及其制备方法，可操作该造影剂在活生物体内获得生物化学活性的高分辨率的磁共振成像(MRI)和光学成像。
背景技术：
随着医学技术的发展，包括磁共振成像、计算机断层扫描(CO、正电子发射断层扫描(PET)、荧光成像等成像工具已被广泛用于医学诊断中。将上述几种模式组合在一起的多模式成像系统也已被用于癌症、心脏疾病和基因治疗的医学诊断研究中。MRI可提供高分辨率三维解剖或结构信息，而荧光在细胞水平上能进行过程可视化。因此，利用解剖分辨率与检测灵敏度的互补性，将MRI技术与光学技术结合，近年来引起了人们极大的关注。与独立成像比较，混合模式有明显的优越性，增加了诊断的准确性。目前，常见的制备荧光和磁共振成像的双模式造影剂的方法有两种。一种方法是将顺磁性离子和量子点结合，如文献J.Am.Chem.Soc.2005, 127，1656所报道的将Mn2+掺杂在硫化镉量子点里，在外面包覆一层硫化锌壳层。这种方法制备出的磁光纳米造影剂具有较好的稳定性，但不能解决由于Mn2+的掺杂而同时保持量子点高量子产率的问题，并且直接将Mn2+掺杂在量子点的晶格中会削减荧光效应。另外，含镉量子点在生物环境中可能会使得晶格崩溃，导致镉离子的释放，使它们具有高毒性和潜在的污染危害，限制了其在生物方面的应用。另一种方法是用硅层包覆磁性核和荧光团或者是将顺磁性离子修饰包覆荧光核的硅层，如中国专利CN 102614532 A所公开的包裹荧光染料和磁性纳米四氧化三铁为核、二氧化硅为壳的纳米颗粒造影剂；但是，硅层包覆使得合成造影剂的过程更加复杂，而且增加了粒子的大小。从生物角度看，大粒径的颗粒不适合生物学中的应用，大粒径的颗粒容易被巨噬细胞识别而遭到清除。另外，荧光染料易光漂白而失去荧光，稳定性较差。
发明内容
本发明的目的旨在是提供一种具有荧光和磁共振成像的双模式造影剂及其制备方法，解决现有的技术的荧光和磁共振成像的双模式造影剂低磁豫率、高毒性、低荧光量子产率和光漂白问题。具体方案如下:
一种具有荧光和磁共振成像的双模式造影剂，所述双模式造影剂具有包括内核和外壳的核壳型结构，所述内核是具有荧光成像的CuInS2量子点的光学探针，所述外壳是掺杂了二价锰离子的硫化锌壳层的核磁探针，并且所述外壳的表面为亲水性有机配体。所述CuInS2量子点为黄铜矿、闪锌矿或纤锌矿结构，粒径为2 5nm。所述掺杂了二价猛离子的硫化锌壳层是指ZrvxMnxS,其中，x = 0.01 0.40,比较好的是0.08 0.20。所述外壳的壳层厚度为I 4nm,比较好的为2 3nm。所述亲水性有机配体是巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁二酸、还原辛硫酸或者十二胺修饰的聚丙烯酸。上述双模式造影剂的制备方法，包括如下步骤:
1)将铜盐、铟盐和十二硫醇加入装有非极性有机溶剂反应器中，然后通入惰性气体排出所述反应器中的空气，在180 250°C下反应I 30分钟，得到均匀的CuInS2胶体溶液；
2)向步骤I)得到的CuInS2胶体溶液中加入锌的前驱体溶液和锰的前驱体溶液，之后，加入硫的前驱体溶液，在180 250°C下反应I 30分钟，得到CuInS2/Zni_xMnxS核壳结构的量子点胶体溶液；
3)向步骤2)所得到的量子点胶体溶液加入萃取剂，萃取所得到的量子点，再加入极性溶剂，沉降、离心、清洗、真空干燥，得到核壳结构CuInS2/Zni_xMnxS量子点，分散在非极性有机溶剂中；
4)向步骤3)所得到的溶液加入巯基酸，进行配体交换，得到所述双模式造影剂；
步骤I)中，铜盐、铟盐和十二硫醇的摩尔比为1:1:20 1:1:50 ;十二硫醇与非极性
有机溶剂的体积比为1:5 1:10 ;
步骤2)中，锌的前驱体溶液、猛的前驱体溶液和硫的前躯体溶液的摩尔比为0.99:
0.01:1 0.6:0.4:1 ；
步骤4)中,巯基酸和锌前驱体溶液的摩尔比为1:1。所述铜盐包括碘化亚铜、碘化铜、氯化亚铜、氯化铜、乙酸铜、乙酸亚铜中的一种或者是它们的混合物；所述铟盐包括碘化铟、氯化铟、醋酸铟中的一种或者是它们的混合物；所述非极性有机溶剂包括十 八烯、十八烷、石蜡、二苯醚、二辛醚中的一种或者是它们的混合物。所述锌的前驱体溶液包括由硬脂酸锌、醋酸锌、黄原酸锌的一种或者是它们的混合物溶解于十八烯和/或油酸所得到的胶体溶液；所述锰的前驱体溶液包括由醋酸锰、硬脂酸锰、氯化锰中的一种或者是它们的混合物溶解于十八烯和/或油酸所得到的胶体溶液；所述硫的前驱体溶液为硫粉溶解于三辛基磷/油胺所得到的胶体溶液。所述萃取剂包括石油醚、正己烷或氯仿和甲醇的混合溶液，其中石油醚、正己烷或氯仿与甲醇的体积比为1:1 ;所述极性溶剂包括丙酮、甲醇、乙醇；所述非极性溶剂包括氯仿、正己烧、甲苯。所述巯基酸包括巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁二酸中的一种或者是它们的混合物。本发明所采用的技术方案，是分别以铜盐、铟盐和十二硫醇为铜、铟和硫的前驱体，其中，十二硫醇既提供硫源，又可以作为量子点的表面配体，避免了量子点的的团聚。在氮气保护下，高温合成量子点。再以此为核，加入锌和锰的前驱体溶液，这样锰掺杂的硫化锌壳层就包覆在以上合成的量子点外面。本发明制备的核壳型CuInSyZrvxMnxS纳米粒子造影剂,有较强的驰豫能力，可用于磁共振成像，同时具有荧光发射性质，具有双功能。本发明提供的制备核壳型CuInS2ZZnhMnxSm米粒子造影剂方法操作简单,反应温和，不含有毒元素镉，污染小。制得的造影剂既具有600 800nm的稳定荧光发射，有穿透体内的发光特征，同时又有良好弛豫率的磁共振成像特点，实现了荧光和磁共振成像的双功能。可用于医学成像诊断。
图1是实施例1的核壳结构纳米粒子造影剂荧光光谱 图2是实施例1的核壳结构纳米粒子造影剂X射线衍射 图3是实施例1的核壳结构纳米粒子造影剂透射电镜照片；
图4是不同浓度核壳结构造影剂核磁共振的照片；
图5是水溶性造影剂的光学照片；
图6是造影剂在水溶液中的1/ \相对于锰浓度拟合的直线图；图中直线的斜率为纵向磁豫率A, R为相关性系数。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行具体描述，但只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。对本领域的技术人员在不背离本发明精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。实施例1
步骤1):制备锌和锰的前驱体溶液，即，称取0.01 mmol硬脂酸锰(0.006 g)和0.8 mmol的硬脂酸锌(0. 506 g)，加入到5 mL的十八烯中，超声30分钟。制备硫的前驱体溶液，即，称取0.8 mmol的硫粉(0.026 g)溶解在三辛磷和油胺中(体积比1:1，共2 mL)形成胶体溶液。步骤2):称取0.1 mmol的碘化亚铜(0.019 g)和0.1 mmol的醋酸铟(0.029 g)加到8 mL的十八烯中，再加入I mL的十二硫醇，真空下80°C搅拌I小时。充入氮气，加热到230°C，反应25分钟，停反应，自然冷却，得到均匀的CuInS2胶体溶液。步骤3):将步骤I)得到的前驱体溶液加入步骤2)所得到的CuInS2胶体溶液，反复抽真空三次，最后，充入氮气，升温到210°C，以每分钟0.5 mL注射硫的前驱体溶液，反应40分钟，得到CuInS2/Zni_xMnxS核壳结构的量子点胶体溶液。步骤4):在步骤3)得到的量子点胶体溶液中加入体积比为1:1的氯仿/甲醇混合萃取剂约12 mL,萃取量子点，加丙酮离心，分散在正己烷中，再加丙酮离心，这样反复循环3次，得到具有核磁成像和光学成像的量子点，即目标产物双模式造影剂，保存在氯仿中。图1是实施例1所得到的核和核壳结构纳米粒子(目标产物双模式造影剂)的荧光光谱图，荧光光谱显示CuInS2核包覆ZrvxMnxS壳层后，荧光强度明显增强。图2是核和核壳结构纳米粒子的XRD图，均显示为黄铜矿结构。核壳结构纳米粒子的衍射峰略微向大角度偏移，并没有出现硫化锌和硫化锰的衍射峰，表明ZrvxMnxS壳层包覆到CuInS2核上，形成了核壳结构。图3是核壳结构纳米粒子的透射电镜(TEM)照片，A为核的透射电镜照片，B为核壳结构透射电镜照片，标尺为10 nm。TEM表明:该核壳结构纳米粒子具有很好的单分散性。CuInS2核的尺寸约为3.4 nm,核壳结构的CuInSyZrvxMnxS纳米粒子的尺寸约为5.5 nm。实施例2
步骤1):制备锌和锰的前驱体溶液，即，称取0.1 mmol的硬脂酸锰(0.063 g)和0.8mmol的硬脂酸锌(0.506 g)加入到5 mL的十八烯中，超声30分钟。制备硫的前驱体溶液，即，0.8 mmol的硫粉(0.026 g)溶解在体积比为1:1的2 mL三辛基磷和油胺中形成胶体溶液。步骤2):重复实施例1中的步骤2) 步骤4)，得到不同锰掺杂的核壳结构的量子点，即目标产物双模式造影剂，保存在氯仿中。实施例3
步骤I):制备锌和锰的前驱体溶液，即，称取0.2 mmol的硬脂酸锰(0.125 g)和0.8mmol的硬脂酸锌(0.506 g)加入到5 mL的十八烯中，超声30分钟。制备硫的前驱体溶液，即，称取0.8 mmol的硫粉(0.026 g)溶解在三辛基磷和油胺中(体积比1:1，共2 mL)形成胶体溶液。步骤2):重复实施例1中的步骤2) 步骤4)，得到不同锰掺杂的核壳结构的量子点，即目标产物双模式造影剂，保存在氯仿中。步骤3):取40 μ 的巯 基乙酸、0.5 mL的甲醇，用40%的氢氧化钠溶液调节pH值到12，将得到的溶液在搅拌下滴加到步骤2)所得到的量子点(0.2 mmol)的氯仿溶液中，搅拌一个小时以沉淀量子点，再加5 mL去离子水，搅拌20分钟，静置。最后，出现分层，去掉底层的有机相，在水相中加入丙酮，离心，去掉未反应的巯基乙酸。将得到的水溶性量子点分散在pH为7.4的PBS缓冲溶液中。图4是实施例3所得到的水溶性的双模式造影剂的磁共振成像图片，对应的锰的浓度分别是0，0.015，0.028，0.039，0.054 mM。很明显，随着锰离子浓度的增加，Tl加权成
像的信号在增强。图5是水溶性的双模式造影剂的荧光光学照片，发出很明显的红光。图6是双模式造影剂在水溶液中的1/ \相对于锰浓度拟合的直线图。表明该造影剂具有较高的磁豫能力，其纵向磁豫率为7.2 Hir1S-1,显示该造影剂具有磁共振成像的能力。
权利要求
1.一种具有荧光和磁共振成像的双模式造影剂，其特征在于，所述双模式造影剂具有包括内核和外壳的核壳型结构，所述内核是具有荧光成像的CuInS2量子点的光学探针，所述外壳是掺杂了二价锰离子的硫化锌壳层的核磁探针，并且所述外壳的表面为亲水性有机配体。
2.根据权利要求1所述的双模式造影剂，其特征在于，所述CuInS2量子点为黄铜矿、闪锌矿或纤锌矿结构，粒径为2 5nm。
3.根据权利要求1所述的双模式造影剂，其特征在于，所述掺杂了二价锰离子的硫化锌壳层是指ZrvxMnxS,其中，X = 0.0l 0.40。
4.根据权利要求1所述的双模式造影剂，其特征在于，所述外壳的壳层厚度为I 4nm,比较好的为2 3nm。
5.根据权利要求1所述的双模式造影剂，其特征在于，所述亲水性有机配体是巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁二酸、还原辛硫酸或者十二胺修饰的聚丙烯酸。
6.权利要求1至5任一所述的双模式造影剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)将铜盐、铟盐和十二硫醇加入装有非极性有机溶剂反应器中，然后通入惰性气体排出所述反应器中的空气，在180 250°C下反应I 30分钟，得到均匀的CuInS2胶体溶液； 2)向步骤I)得到的CuInS2胶体溶液中加入锌的前驱体溶液和锰的前驱体溶液，之后，加入硫的前驱体溶液，在180 250°C下反应I 30分钟，得到CuInS2/Zni_xMnxS核壳结构的量子点胶体溶液； 3)向步骤2)所得到的量子点胶体溶液加入萃取剂，萃取所得到的量子点，再加入极性溶剂，沉降、离心、清洗、真空干燥，得到核壳结构CuInS2/Zni_xMnxS量子点，分散在非极性有机溶剂中； 4)向步骤3)所得到的溶液加入巯基酸，进行配体交换，得到所述双模式造影剂； 步骤I)中，铜盐、铟盐和十二硫醇的摩尔比为1:1:20 1:1:50 ;十二硫醇与非极性有机溶剂的体积比为1:5 1:10 ; 步骤2)中，锌的前驱体溶液、猛的前驱体溶液和硫的前躯体溶液的摩尔比为0.99:0.01:1 0.6:0.4:1 ； 步骤4)中,巯基酸和锌的前驱体溶液的摩尔比为1:1。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐包括碘化亚铜、碘化铜、氯化亚铜、氯化铜、乙酸铜、乙酸亚铜中的一种或者是它们的混合物；所述铟盐包括碘化铟、氯化铟、醋酸铟中的一种或者是它们的混合物；所述非极性有机溶剂包括十八烯、十八烷、石蜡、二苯醚、二辛醚中的一种或者是它们的混合物。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述锌的前驱体溶液包括由硬脂酸锌、醋酸锌、黄原酸锌的一种或者是它们的混合物溶解于十八烯和/或油酸所得到的胶体溶液；所述锰的前驱体溶液包括由醋酸锰、硬脂酸锰、氯化锰中的一种或者是它们的混合物溶解于十八烯和/或油酸所得到的胶体溶液；所述硫的前驱体溶液为硫粉溶解于三辛基磷/油胺所得到的胶体溶液。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述萃取剂包括石油醚、正己烷或氯仿和甲醇的混合溶液，其中石油醚、正己烷或氯仿与甲醇的体积比为1:1 ;所述极性溶剂包括丙酮、甲醇、乙醇；所述非极性溶剂包括氯仿、正己烷、甲苯。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述巯基酸包括巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁二酸中的一种或 者是它们的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种具有荧光和磁共振成像的双模式造影剂及其制备方法，所述双模式造影剂具有包括内核和外壳的核壳型结构。其制备方法是将铜盐、铟盐和十二硫醇加入装有非极性有机溶剂反应器中反应后得到均匀的CuInS2胶体溶液；加入锌的前驱体溶液和锰的前驱体溶液，反应得到CuInS2/Zn1-xMnxS核壳结构的量子点胶体溶液；加入萃取剂，萃取所得到的量子点，得到核壳结构CuInS2/Zn1-xMnxS量子点，分散在非极性有机溶剂中；加入巯基酸，进行配体交换，得到所述双模式造影剂。本发明提供的双模式造影剂的制备方法操作简单，反应温和，不含有毒元素镉，污染小。制得的造影剂实现了荧光和磁共振成像的双功能。可用于医学成像诊断。
文档编号A61K49/06GK103110964SQ20131006158
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者朱以华, 林八保, 杨晓玲, 邹文剑, 李昕沛 申请人:华东理工大学