二氧化硅包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种二氧化硅包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒及其制备方法，以及其作为磁共振和光声双功能成像造影剂在临床上的应用。
【背景技术】
[0002]纳米材料在生物医学领域尤其是医学诊断和治疗中的应用越来越备受关注，纳米材料有望解决传统生物医学方法的局限性。然而，当前纳米材料的研究仅限于体外试验，其在人体内的生物安全性得不到保障，严重限制了其进一步发展。解决纳米材料的生物安全性成为纳米材料在生物医学领域应用的关键问题。
[0003]普鲁士蓝是一种古老的染料，价格便宜，因其优良的光物理、磁性、电化学及结构等性能，被广泛应用于各个领域。普鲁士蓝的制备方法非常简单，条件温和，最为重要的是普鲁士蓝是一种临床用药，是医院的常规储备药物。普鲁士蓝长期的临床用药验证了其在人体内可靠的生物安全性和代谢途径。从结构上说，普鲁士蓝是一种二价铁和三价铁混合价态的六氰络铁酸盐，在普鲁士蓝纳米粒子结构中，二价铁与碳原子相连，是低自旋的，三价铁和氮原子相连，是高自旋的，在每个二价铁-碳-氮-三价铁的结构单元中，共有5个未配对的电子，由于普鲁士蓝的这种特殊结构，它可以缩短水质子的横向或纵向弛豫时间，从而用于磁共振成像。除此之外，由于普鲁士蓝纳米粒子结构中存在一些未配对的空余三价铁位点，因此水分子可以进入粒子结构内和三价铁配位，从而实现一种纳米粒子内部弛豫机制，有效的增强磁共振成像效果。同时普鲁士蓝纳米粒子内的金属离子与氰基由于通过配位键连接，因此非常牢固，不易产生毒性的游离金属离子和氢氰酸，也不易产生氧自由基等有害物质，因此安全性很高。此外，与传统纳米材料相比，如金纳米棒、碳纳米管等，普鲁士蓝纳米粒子的光热转换效率较高，且光热稳定性强，在光声成像应用中具有很明显的优势。已有研究证实了普鲁士蓝作为MRI造影剂的成像应用(J.Mater.Chem., 2010, 20, 5251-5259 ；Inorganic Chemistry Communicat1ns, 2010, 13, 58-61 ；)和光声造影剂的成像应用(Chem.Commun.，2013，49，11029-11031 ；B1materiaIs, 2014，35，9844-9852.)。
[0004]由于在普鲁士蓝晶胞中，过渡金属离子占据两个不同的位置，而这两个位置上都可以用不同的其它过渡金属来替代，导致类普鲁士蓝粒子极大的品种多样性。因此类普鲁士蓝纳米颗粒将有潜力解决其它多数纳米材料生物安全性得不到保障且价格昂贵的医学难题，其研究和应用价值巨大。
[0005]现有普鲁士蓝纳米颗粒也存在一些缺陷，例如:水溶性的KFe [Fe (CN)6]由于具有钾离子，静脉注射应用具有局限性^FeJFe(CN)6]3又不溶于水。对于普鲁士蓝纳米的颗粒的保护修饰研究目前大部分利用非水溶性的有机物，而水溶性的有机物包裹的普鲁士蓝纳米颗粒采用的是静电吸附的方法，得到的产物在体内生理条件下，有机层容易被破坏，形成裸露的普鲁士蓝纳米颗粒，裸露的普鲁士蓝纳米颗粒不溶于水环境，易被机体清除，同时生理盐中的金属离子与裸露的普鲁士蓝容易发生置换反应，对生物体有潜在的毒性作用。
【发明内容】
[0006]为了解决上述存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种二氧化硅包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒及其制备方法，该方法采用三步法合成二氧化硅包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒。
[0007]本发明的目的还在于提供一种上述制备方法制备的二氧化硅包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒。
[0008]本发明的目的还在于提供一种上述二氧化硅包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒作为磁共振和光声双功能成像造影剂在临床上的应用。
[0009]本发明的目的通过以下技术方案得以实现:
[0010]一种二氧化硅包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤:
[0011]步骤一:制备类普鲁士蓝纳米颗粒
[0012](I)将六氰络铁酸类物质、有机酸溶于溶剂中，混合搅拌均匀后，配制成A溶液，其中每毫升A溶液中含有六氰络铁酸类物质0.002-0.02g、有机酸0.002-0.04g ;
[0013](2)将锌盐溶于溶剂中，混合搅拌均匀后，配制成B溶液，其中每毫升B溶液中含有锌盐 0.002-0.04g ；
[0014](3)将B溶液磁力搅拌均匀，加热到70-100°C并回流0.5_3h，然后再逐滴加入A溶液，调节反应温度为20-100°C，磁力搅拌反应0.5-4h，离心分离，得到类普鲁士蓝纳米颗粒C，将其溶于乙醇中至完全溶解，从而得到类普鲁士蓝纳米颗粒C的溶液；其中，A溶液与B溶液的体积比为1:0.5-1:3。
[0015]步骤二:制备有机硅单层包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒
[0016]将带有双键的硅氧烷单体和引发剂加入到步骤一中得到的类普鲁士蓝纳米颗粒C的溶液中，加热到60-80°C，磁力搅拌反应20-60min，冷却到室温，离心分离提纯，得到有机硅单层包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒D，将其溶于乙醇中至完全溶解，从而得到有机硅单层包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒D的溶液；其中，类普鲁士蓝纳米颗粒C、带有双键的硅氧烷单体、引发剂的质量比为(0.08-0.1): (0.221-0.663): (0.032-0.05)。
[0017]步骤三:制备二氧化硅包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒
[0018]在步骤二得到的有机硅单层包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒D的溶液中，加入正硅酸乙酯，并加入氨水调节pH值为7-8，再加入带有氨基或巯基官能团的硅氧烷，室温下搅拌，分离提纯，从而得到二氧化硅包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒；其中，有机硅单层包裹的类普鲁士蓝纳米颗粒、正硅酸乙酯、带氨基或巯基官能团的硅氧烷的质量比为(0.04-0.06): (0.Ι-Ο.2): (0.01-0.05) ο
[0019]上述制备方法中，分别采用了溶胶凝胶化学反应、自由基引发的聚合反应以及氨水催化的缩聚反应。从合成方法上来将，溶胶凝胶化学反应是使六氰络铁酸类物质与锌盐的溶液发生反应，形成类普鲁士蓝纳米颗粒，然后加入含有双键的硅氧烷单体和引发剂，加热引发聚合，在纳米粒子表面形成有机硅单层，再加入其它硅氧烷和氨水，室温下水解形成二氧化硅层。整个合成的反应条件十分温和，接近室温，而且不产生有毒有害的副产品。
[0020]上述制备方法中，二氧化硅层的厚度可以通过控制原料的浓度、反应时间进行调节，反应在室温下进行，无其他有毒有害副产物，节能环保，操作简单易行。[0021 ] 上述制备方法中，所述六氰络铁酸类物质可以包括亚铁氰化钾、铁氰化钾、亚铁氰化钠、铁氰化钠、亚铁氰化铵和铁氰化铵等中的一种。
[0022]上述制备方法中，所述有机酸可以包括柠檬酸、酒石酸、苹果酸、琥珀酸和二乙基三胺五乙酸等中的一种。
[0023]上述制备方法中，所述溶剂可以包括水、乙醇和乙二醇等中的一种。
[0024]上述制备方法中，所述锌盐可以为甲基丙烯酸锌。锌和铁都是人体必需微量元素，且两种元素在体内吸收有相互制约的动态平衡作用，无其他重金属，大幅度提高了生物相容性。