一种纳米材料及其制备方法和包含其的造影剂

1.本发明涉及一种纳米材料及其制备方法和包含其的造影剂，属于纳米材料技术领域。


背景技术：

2.磁共振技术是目前应用于癌症早期诊断的常用技术。磁共振成像(mri)技术是癌症早期诊断的常用技术之一。与电子计算机断层扫描(ct)、正电子发射型计算机断层显像(pet)和超声成像(us)相比，mri具有高组织分辨力、高空间分辨力、无硬性伪影和无放射性损伤等优点。然而，mri常常需要借助造影剂的作用来提高诊断能力。例如，钆基造影剂是一种常见的顺磁性造影剂。
3.但是，目前应用的钆基造影剂成像效果并不是很理想，例如gd-dtpa(其中，dtpa为二乙三胺五乙酸)弛豫率低，一般是在4左右，这会造成了与正常组织成像差异不大，灵敏性和准确性较差。而且，钆基造影剂中释放出来的钆离子会对人体组织或脏器产生不良影响。


技术实现要素：

4.本发明能够解决上述技术问题，提供一种弛豫率高且生物安全性高的纳米材料。具体而言，一方面，本发明提供一种纳米材料，其特征在于，
5.所述纳米材料包括纳米粒子；
6.所述纳米粒子为磁性金属配合物，所述磁性金属配合物的配体为水杨酸。
7.作为其中一种实施方式，“纳米粒子”是指水杨酸钆纳米粒子。
8.可选地，所述纳米粒子的粒径为1-500nm。
9.可选地，所述纳米粒子的粒径为1-200nm。
10.优选地，所述纳米粒子的粒径为50-150nm，优选60-130nm。
11.在本发明纳米材料的一个优选实施方案中，所述磁性金属选自：gd、dy、mn、fe、ni中的至少一种。
12.在本发明中，纳米粒子的磁性金属配合物为金属阳离子和水杨酸根一起构成配位化合物，例如，纳米粒子由钆离子(gd
3+
)和水杨酸根一起构成配位化合物。
13.在本发明纳米材料的一个优选实施方案中，所述纳米材料的表面修饰生物相容性好的大分子材料。
14.优选地，所述大分子材料选自蛋白质、寡肽、多糖、聚醚类高分子、聚酯类高分子中的至少一种。
15.优选地，所述大分子材料选自动物血清白蛋白、壳聚糖中的至少一种。
16.优选地，所述大分子材料选自活化巯基的动物血清白蛋白或壳聚糖。
17.本发明中，壳聚糖是指自然界广泛存在的几丁质经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-b-d葡萄糖，例如购自sigma的壳聚糖。
18.在本发明中，包埋纳米粒子的材料特别是高生物相容性的动物血清白蛋白，例如
牛血清白蛋白(bsa)。此情况下，优选地，动物血清白蛋白为还原型动物血清白蛋白，例如还原型牛血清白蛋白(rbsa)。
19.本发明使用大分子材料包埋纳米粒子，所得的包埋纳米材料在用作mri造影剂时，能够实现长循环，对人体毒害性小。事实上，对于大分子材料而言，可生物降解的无毒的天然高分子(例如多肽，分子量低于10,000da)或人工合成高分子(例如peg-plga，分子量为10-100kda)都可以用于本发明，除上述大分子材料外，大分子材料还可使用蛋白质、寡肽、多糖、聚醚类或聚酯类高分子中的至少一种，优选动物血清白蛋白。
20.在本发明纳米材料的一个优选实施方案中，所述水杨酸根源自水杨酸或其衍生物。
21.在本发明纳米材料的一个优选实施方案中，所述水杨酸根源自水杨酸、水杨酸金属盐中的至少一种。
22.在本发明纳米材料的一个优选实施方案中，述水杨酸根源自水杨酸钠。
23.在本发明纳米材料的一个优选实施方案中，所述磁性金属阳离子源自源自金属氯化物、磁性金属氧化物和磁性金属氟化物中的至少一种。
24.在本发明纳米材料的一个优选实施方案中，所述磁性金属阳离子源自源自金属氯化物。
25.在本发明纳米材料的一个优选实施方案中，纳米粒子的分子量范围为2,000-7,000。
26.另一方面，本发明提供制备本发明纳米材料的制备方法，所述制备方法包括：
27.将含有配体前驱体和磁性金属源的溶液反应，得到纳米粒子，即所述纳米材料。
28.在本发明方法的一个优选实施方案中，所述纳米粒子的获得方式包括：将含有配体前驱体和磁性金属源的溶液反应，得到所述纳米粒子。
29.在本发明方法的一个优选实施方案中，所述配体前驱体包括水杨酸、水杨酸金属盐中的至少一种；
30.所述磁性金属源包括磁性金属氯化物、磁性金属氧化物和磁性金属氟化物中的至少一种；
31.所述反应的条件包括：搅拌反应。
32.在本发明方法的一个优选实施方案中，所述反应是在密封条件下进行。
33.在本发明方法的一个优选实施方案中，所述的制备方法，还包括：
34.将含有大分子材料、所述纳米粒子的原料反应，得到所述纳米材料。
35.在本发明方法的一个优选实施方案中，所述反应条件包括：搅拌反应。
36.在本发明方法的一个优选实施方案中，所述方法包括：将大分子材料加入到含有纳米粒子和活化剂的溶液中，搅拌反应，得到所述纳米材料。
37.在本发明方法的一个优选实施方案中，所述制备方法包括：
38.(s1)将含有水杨酸和/或水杨酸盐的混合物，在密封条件下搅拌反应，得到纳米粒子；分散所述纳米粒子，得到纳米粒子的分散液；
39.(s2)将含有还原剂和大分子材料的混合物反应，得到还原的大分子材料；
40.(s3)将活化剂加入到步骤(s1)中所述的纳米粒子的分散液中，然后加入步骤(2)中所述还原的大分子材料，反应，得到所述纳米材料。
41.在本发明方法的一个优选实施方案中，还原剂包括nabh4、sncl2、h2c2o4、kbh4、柠檬酸钠中的至少一种。
42.在本发明方法的一个优选实施方案中，大分子材料选自动物血清白蛋白、壳聚糖中的至少一种。
43.在本发明方法的一个优选实施方案中，活化剂选自edc、nhs、ddc中的至少一种。
44.在本发明方法的一个优选实施方案中，所述制备方法包括：
45.(a1)将含有水杨酸和/或水杨酸盐的混合物，在密封条件下搅拌反应，得到纳米粒子；
46.(a2)将纳米粒子分散到含有大分子材料的溶液中，调节ph至酸性，然后加入含有表面活性剂的溶液，反应，得到所述纳米材料。
47.在本发明方法的一个优选实施方案中，大分子材料选自牛血清白蛋白、壳聚糖中的至少一种。
48.在本发明方法的一个优选实施方案中，表面活性剂选自三聚磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
49.在本发明中，或者在本发明的方法中，纳米粒子是单分散的，粒径分布呈正态分布，形状大小均匀。
50.在作为造影材料使用的情况下，由于造影材料一般通过静脉注射的方式使用，粒径不能太大，因此本发明的纳米粒子的粒径优选为200nm以下。然而，为了实现包埋，粒径不能太小，所述的纳米球的粒径进一步优选为50-150nm，更优选为60-130nm。
51.在本发明方法的一个优选实施方案中，得到的纳米粒子与大分子材料反应后还进行透析，得到包埋的纳米粒子。透析可除未反应物。优选地，透析进行2-7天，优选3-5天。透析液为去离子水。
52.在本发明的方法中，优选地，在与纳米粒子反应之前，大分子材料首先用还原剂还原，得到还原型大分子材料。优选地，所述还原剂选自硼氢化钠。
53.又一方面，本发明提供一种造影剂，其包含本发明的纳米材料、根据权利本发明的方法制备得到的纳米材料中的至少一种。
54.本发明中，造影剂可以是各种医学造影剂，例如核磁共振成像(mri)造影剂、电子计算机断层扫描(ct)造影剂或正电子发射型计算机断层显像(pet)造影剂。
55.优选地，所述造影剂为磁共振成像造影剂，特别是磁共振成像t1造影剂。
56.同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
57.本发明的包埋纳米颗粒在用作造影剂时，具有优异的弛豫性能，具有高r1与极低r2/r1。
附图说明
58.图1为实施例1中所制备的水杨酸钆纳米粒子的透射电镜照片；
59.图2为实施例1中所制备的表面包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子(gdsalnps-rbsa)的透射电镜照片；
60.图3为实施例1中所获得的水杨酸钆纳米粒子和包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子的dls粒径分布图；
61.图4为实施例1中所获得的水杨酸钆纳米粒子和包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子的zeta电位图；
62.图5为实施例1中所获得的水杨酸钆纳米粒子和包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子的纵向弛豫图；其中，(a)，(b)分别是水杨酸钆纳米粒子的三个平行样品在场强1.5t下t1弛豫率(1/t1，s-1
)或与t2弛豫率(1/t2，s-1
)与钆离子浓度的函数图；(c)，(d)分别是包含rbsa的水杨酸钆纳米粒子的三个平行样品在场强1.5t下t1弛豫率(1/t1，s-1
)或与t2弛豫率(1/t2，s-1
)与钆离子浓度的函数图；
63.图6为实施例1中所获得的水杨酸钆纳米粒子或包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子的体内成像示意图；其中，a，b分别为水杨酸钆纳米粒子或包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子在荷4t1瘤裸鼠体内不同时间点的肿瘤部位磁共振成像效果图。
具体实施方式
64.下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
65.在本申请中，如无特别说明，提及的反应均在常温、常压下进行。
66.如无特别说明，本申请的实施例中的原料、设备和催化剂均通过商业途径购买。
67.实施例中的牛血清白蛋白购自上海阿拉丁公司。
68.实施例1
69.(1)水杨酸钆纳米粒子的制备
70.将8mlnasal(水杨酸钠)和8mlgdcl3分别加入20ml玻璃瓶中。玻璃小瓶用盖子密封，在40℃下磁力搅拌2小时。搅拌完成后。所得的溶液离心，除去上清液，沉淀物在16ml纯水中重新分散。反复洗涤三次，沉淀再分散于16ml纯水中。即可获得单分散的水杨酸钆纳米粒子，最后将所得水杨酸钆溶液低温保存(0-4℃)。
71.(2)活化巯基的牛血清白蛋白的制备及其对水杨酸钆纳米粒子的包埋
72.将260μlnabh4加到20.0ml牛血清白蛋白溶液中，室温下磁力搅拌1h后，得到的溶液即为还原型牛血清白蛋白。将50μledc和250μlnhs添加到5.0ml水杨酸钆溶液中，在0℃的冰浴条件下磁力搅拌，然后加入15ml的还原型牛血清白蛋白。在室温下，磁力搅拌反应2小时。所得的包含还原型牛血清蛋白的水杨酸钆纳米粒子透析3天，每天更换纯水，去除未反应的edc、nhs。即可制得包埋还原型牛血清蛋白的水杨酸钆纳米粒子。
73.实施例2
74.将实施例1步骤(1)中gd
3+
改为dy
3+
、mn
2+
、fe
3+
，活化巯基的牛血清白蛋白的制备及其对mri造影剂的包埋与实施例1相同，即可制得包埋还原型牛血清蛋白的水杨酸镝纳米粒子、包埋还原型牛血清蛋白的水杨酸锰纳米粒子和包埋还原型牛血清蛋白的水杨酸铁纳米粒子。
75.实施例3
76.将实施例1步骤(1)中gd
3+
改为ni
2+
，其他步骤与实施例1相同，即可制得包埋还原型牛血清蛋白的水杨酸镍纳米粒子。
77.实施例4
78.将实施例1中巯基活化的牛血清白蛋白(rbsa)改为壳聚糖(csn，购自sigma，型号为50g，粒径为50-100nm)，按照如下方法制备包埋纳米材料：
79.配制0.2％(w/v)的壳聚糖溶液，溶剂为1％(w/v)的醋酸，将1.5mg实施例1制备的水杨酸钆纳米粒子(gdsalnps)分散至0.5ml壳聚糖溶液中，得到用氢氧化钠将该溶液的ph值调至4.7-4.8；配制0.3％(w/v)的三聚磷酸钠(tpp)水溶液；在40℃的磁力搅拌下，向0.5ml的上述壳聚糖溶液中加入0.1ml的tpp溶液，从而制得离子交联的包埋了壳聚糖的包埋纳米球，得到包埋纳米材料gdsal-csn。
80.性能测试与表征
81.对实施例1至实施例4中得到的包埋的纳米材料进行形貌、性能表征。
82.下面以实施例1制备的水杨酸钆纳米粒子(gdsalnps)和包埋纳米例子(gdsalnps-rbsa)为例说明各项形貌、性能表征的结果。其他实施例得到的相应产品具有类似性能。
83.图1为实施例1中所制备的水杨酸根与钆离子形成的配位化合物纳米粒子(gdsalnps)的透射电镜照片。
84.本发明中，透射电镜型号为jem-2100，购自日本电子株式会社，实验条件为200kv。
85.从图1中可以看出水杨酸钆纳米粒子的呈现圆形形状，且粒径小于100nm，该粒径表明该纳米粒子不会因为粒径过小过早的被肾脏代谢，有利于其在体内实现长循环。
86.图2为实施例1中所制备的表面包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子(gdsalnps-rbsa)的透射电镜照片。图2中观察到纳米粒子之间相互粘附，这可能是由于纳米球表面包裹的蛋白造成的，这也间接成为纳米粒子表面成功包裹蛋白rbsa的证据。
87.图3为实施例1中所获得的水杨酸钆纳米粒子和包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子的dls粒径分布图。图3表明实施例1中所获得的水杨酸钆纳米粒子和包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子粒径分布于50-150nm之间，此粒径范围有利于纳米粒子在肿瘤部位的长时间滞留，有利于增强体内成像效果。包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子粒径大于水杨酸钆纳米粒子，说明了rbsa对于水杨酸钆纳米粒子的成功包裹。
88.图4为实施例1中所获得的具有最优r1弛豫率的水杨酸钆纳米粒子和包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子的zeta电位图。图4表明实施例1中所获得的水杨酸钆纳米粒子和包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子均带负电，带负电的纳米粒子在体内形成蛋白冠沉淀的机会较小，有利于纳米粒子在体内的长循环，增强在肿瘤部位的成像效果。
89.图5-图6使用购自购自德国西门子公司的型号为magnetom avanto的1.5t核磁共振仪得到。
90.图5为实施例1中所获得的水杨酸钆纳米粒子和包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子的纵向弛豫图。图5表明水杨酸钆纳米粒子和包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子的弛豫率较好(b0＝1.5t)。对于mri体外弛豫研究，将样品用去离子水配置成不同gd浓度(0、25、50、100、200、400和800μm)的测试样品。使用临床mri扫描仪(1.5t，magnetom avanto，西门子，德国)用容积线圈对样品管进行分组扫描，获得t1和t2值，从而可以计算纵向(r1)和横向(r2)弛豫时间(1/t1和1/t2)相对于各种gd浓度的函数斜率作为弛豫率。其中，a，b，c，d可以看出水杨酸钆纳米粒子和包含rbsa的水杨酸钆纳米粒子的弛豫率显著高于市售钆基造影剂；且包含rbsa的水杨酸钆纳米粒子比水杨酸钆纳米粒子的弛豫率更高；包含rbsa的水杨酸钆纳米粒子的弛豫率是市售钆基造影剂的弛豫率的4-5倍[chem.rev 2019,119,957-1057]，该文献中市售钆基造影剂的弛豫测试条件与本申请中实施例1中所获得的水杨酸钆纳米粒子和包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子的弛豫测试条件是一致的。
[0091]
图6为实施例1中制备的水杨酸钆纳米粒子或包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子的体内成像示意图。结果表明，水杨酸钆纳米粒子和包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子分别在注射后第12小时实现mri信号最强。mri信号最强的时间点取决于造影剂的粒径大小。包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子粒径为124.7nm(d
h
)，水杨酸钆纳米粒子粒径为54.8nm(d
h
)。此外,注射包裹rbsa的水杨酸钆纳米粒子后第12小时的mri信号远远强于注射水杨酸钆纳米粒子后第12小时的mri信号。
[0092]
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。