高性能磁性锰锌铁氧体纳米星和纳米团簇的制备方法
【专利摘要】本发明采用高温热分解法，在具有高沸点的二辛醚溶剂中，以金属乙酰丙酮物为前驱物，油酸、油胺为表面活性剂，通过调控油酸、油胺的不同摩尔比，制备出具有亲油性的单分散磁性锰锌铁氧体纳米星；并通过控制反应的成核、生长时间，制备出类似于“魔方”结构的“尖角”和“钝角”磁性锰锌铁氧体纳米团簇。进一步地，通过疏水相互作用，在上述纳米结构表面修饰了末端带有聚乙二醇的二硬脂酸磷脂酰乙醇胺长循环脂质(DSPE@PEG2000)分子，使其具有良好的水溶性和生物相容性，更好地应用于生物医学领域。本发明的几种磁性纳米结构均具有尺寸单一、形貌规则、稳定性好和结晶度高等优点。对于两种磁性纳米团簇来说，其具有较高的饱和磁化强度，优越的磁共振成像(MRI)效果和显著的磁热效应，因此可作为一类有前途的磁热疗生物材料和磁共振造影剂。
【专利说明】高性能磁性锰锌铁氧体纳米星和纳米团簇的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及形貌可控的高性能磁性锰锌铁氧体纳米结构的制备，属生物医用纳米材料及【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在制备高性能磁性铁氧体纳米结构的技术中，高温热解法是一类可以得到较好单分散性和稳定性纳米颗粒的常用方法。该方法通过在高沸点有机溶剂和表面活性剂存在的条件下，加热分解如乙酰丙酮铁、五羰基化铁、油酸铁等有机金属前驱物，从而有效得到具有高分散性和粒径可控的磁性铁氧体纳米颗粒。但由于原料五羰基化铁具有毒性，在反应过程中不可避免带来环境安全的问题；而油酸铁尚无原料供应，需要制备时自行合成，且制备程序较为繁琐，可重复性差，故在批量制备生产中有一定的局限性。相比之下，乙酰丙酮铁可作为一种常见的、稳定的和廉价的原料而参与反应，仅通过一步法合成出高质量的磁性铁氧体纳米晶。
[0003]锰锌铁氧体纳米颗粒是一种尖晶石结构的高性能软磁复合铁氧体。这种掺杂型磁性纳米颗粒具有高磁性、低矫顽力、生物活性以及化学稳定性等特性，因而在生物医学领域有着广泛的应用，如生物分离、药物运输、磁共振成像和肿瘤热疗等。
[0004]锰锌铁氧体纳米结构的高性能 指标，不但要体现在其要有均一的尺寸、规则的形貌和良好的结晶度，而且要有较高的磁响应性、显著的磁热效应和良好的生物相容性。对于高性能锰锌铁氧体纳米晶的制备研究，国内外已有较多相关报道。如选用1，2_十六烷二醇作为强还原剂，在乙酰丙酮铁为前驱物的前提下摻杂一定比例乙酰丙酮锰和乙酰丙酮锌，并以油酸和油胺为表面活性剂，可一步法合成单分散性较好的锰锌铁氧体。通过控制反应前驱物与表面活性剂的浓度，可以有效地调控粒子的形貌(如球形，方形等)。此外，选用以不同有机物(如:苯甲基醚，十八烯，二苯醚，二苄醚，二辛醚)作为溶剂，也可以合成出不同形貌和粒径的铁氧体纳米颗粒。研究发现，表面活性剂的是调控颗粒形貌与粒径大小的最直接因素。在晶体成核和生长阶段，表面活性剂在不同晶面上有着选择性吸附，引起各晶面差异性的生长，最终导致不同形貌和尺寸纳米颗粒的形成。因此，表面活性剂的选择和调控显得尤为重要。
[0005]高性能磁性铁氧体纳米结构的出现，可以作为一种优良的磁共振造影剂，进一步提高造影对软组织的分辨率，也使一些微小病灶显影更加清晰，极大推动了肿瘤靶向定位和精确控制的方向发展。为了使磁性纳米晶选择性到达病变组织，且有较长时间滞留，以便发挥疗效，表面修饰起到至关重要的作用。因此，构筑一种无遗留、无毒副作用的磁性载体是十分必要的。近年来，脂质体作为一种具有良好生物相容性的生物大分子，通过表面修饰，在磁性纳米晶表面形成 稳定的水相层，使之在体内具有较长的血液循环时间，有利于实现血管磁共振造影以及病变组织靶向成像。高性能铁氧体纳米晶在磁热疗领域也有着显著的应用前景。肿瘤磁热疗指将磁流体注入靶向病灶或组织中，置于功率足够大、频率足够高的交变磁场中，利用其在人体组织所产生的热效应，使组织升温，加速肿瘤细胞死亡的疗法。磁靶向热疗为将来肿瘤的治愈带来了新的契机和希望。如果能将磁性纳米晶在磁共振造影和磁热疗领域的应用结合起来，一方面，可以利用磁纳米晶高灵敏的磁共振成像，对组织和器官实行实时监测；另一方面，可以利用其高的磁热效应使局部病变组织升温，以此来杀死肿瘤细胞，实现肿瘤治疗。这样可以更准确地了解、掌控病灶的方位，有利于实时及时调整治疗方案，为病人的预后提供良好的保证。
[0006]本专利创新性地制备了高性能锰锌铁氧体纳米星和纳米簇，从合成工艺上进行了改进和优化，以晶体的成核和生长的分子机制理论为基础，为颗粒的形貌、尺寸可控和规模制备提供了前提条件。此外，本专利在这些形貌各异的磁性纳米结构为内核的基础上，通过疏水作用，进一步对其进行聚乙二醇(PEG)化双亲性脂质分子的表面修饰。这种包覆脂质体的磁性纳米晶一方面可以体现其中心内核的高磁性和外载脂质体良好的生物相容性及生物降解性的双重优势，另一方面，其外层的PEG聚合分子可有效避免其在机体内被巨噬细胞吞噬的几率，从而提高其在体内血液中的循环时间。这些材料的合成，对其用于介导肿瘤磁热疗和磁共振造影对于肿瘤的诊断，以达到集诊断与治疗于一体，实现实时监控肿瘤生长有潜在的医用价值。
【发明内容】
[0007]大部分研究表明，利用高温热解法制备磁性铁氧体纳米粒时，会选择性加入一些还原性物质(如:1，2_十六烷二醇等)，已达到增强纳米颗粒磁性的目的。这些还原性物质价格较为昂贵，成本较高，不便于批量生产。针对上述技术上的缺陷，本发明要解决问题在于，在高温分解金属前驱物的过程中，无需另外加入还原性物质，以油酸为主要表面活性剂，而以油胺为主要的还原剂，这样大大节约了原料成本，合成方法也更为简单。通过对反应过程中油酸/油胺摩尔比的调控，有效调控纳米颗粒各晶面的生长速度，从而实现了(111)晶面快速生长所导致的纳米星结构。此外，通过调控晶体的成核生长时间，在升温过程中完成磁性纳米晶的定向聚集，进而得到大尺寸、高结晶度的纳米团簇，从而有效地提高纳米结构的性能。
[0008]本发明采用高温热解法制备不同形貌和粒径的锌锰铁氧体纳米结构，以二辛醚为溶剂，乙酰丙酮物为反应原料和前驱体，油酸和油胺为表面活性剂。实验步骤如下:在50ml的三颈烧瓶中加入20ml 二辛醚，持续通入氮气以去除体系中的氧气。分别加入2mmol的乙酰丙酮铁(Fe (acac)3)、0.6mmol的乙酰丙酮猛(Mn (acac) 2)、0.4mmol的乙酰丙酮锌(Zn(acac)2)以及不同摩尔比的油酸和油胺(从O:12到12:0)，通过程序控温装置以3°C /min加热速率加热到110°C，保持该温度lh，并打开三颈烧瓶的瓶塞，以充分去除溶液中的水和杂质，同时使得乙酰丙酮物和油酸、油胺反应完全。接着，以3°C /min加热速率加热到2200C (成核温度)并维持0.5-2h，成核过程中溶液由棕红色转变为光亮透泽的黑色。继续升温(3°C /min)至300°C (熟化温度)，停留一段时间(40-60min),充分完成纳米颗粒的生长。如图1A和图1B所示。反应结束后，移去热源，自然冷却至室温后转移至烧杯，加入无水乙醇，磁分离进行洗涤3-4次，去除溶液中残留的油酸、油胺。再加入丙酮，去除溶液中残留的二辛醚，磁分离进行洗涤2次。最后将纳米结构定溶于正己烷中保存。
[0009]本发明进一步提供了上述磁性纳米结构表面修饰单包覆末端带有聚乙二醇的二硬脂酸磷脂酰乙醇胺长循环脂质(DSPE@PEG2000)分子，使其具有良好的生物相容性和水溶性。具体实验步骤如下:称取60mg DSPE0PEG2000固体粉末，溶解于5ml三氯甲烷中。移取6mg[Fe]/ml的上述油酸包覆的磁性猛锌铁氧体纳米结构5ml (分散在正己烧中)。将两者混合装于50ml的圆底烧瓶，在70°C (与脂质体的相变温度相当)下用超声仪充分超声IOmin后加入5ml去离子水。两者混合后将圆底烧瓶置于旋转蒸发仪上，水浴70°C，抽至真空后旋转蒸发。通过疏水作用，在颗粒表面修饰的油酸/油胺烷基链上包覆了单层具有较好水溶性的DSPE@PEG2000磷脂分子。当有机溶剂蒸发殆尽后，纳米结构由油相成功转至水相。待其冷却至室温后，超声探头(脉冲:2s/2s ；750ff, 20kHz, 20% )作用15min使其分散。样品经220nm滤膜过滤后再超滤离心(3000r/min)，去除底部沉淀物，取上层黑色透明的水相纳米结构的悬浮溶液保存于4°C冰箱。
[0010]此合成方法具有工艺简单，可重复性强，合成的磁性纳米结构具有形貌各异，尺寸均一、稳定性好、生物相容性高等特点，可用作高性能的磁共振造影剂和良好的磁热介质。[0011 ] 在纳米结构的性能测试方面，利用振动样品磁强计(Vibrating SampleMagnetometer, VSM, Lakeshore7407,美国Lakeshore公司)直接测定油相样品的磁滞回线。首先统一各样品浓度为Img[Fe]/ml，然后分别移取80 μ I置于振动样品磁强计的液相样品槽内，测定样品在一定磁场强 度(-20000-20000G)下的磁滞回线。
[0012]在磁共振造影成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)及弛豫率测量方面,对于每个水相样品，分别通过二次水稀释的方法得到如下的浓度梯度:2.50、1.25、1.00,0.63、0.50,0.31,0.25,0.16yg[Fe]/mL.样品各取5ml置于罗口菌种瓶内，然后将其按顺序固定于多功能试管架中，使用磁共振成像仪(Avantol.5T,德国Siemens公司)扫描得到样品的T2加权图像。测量时使用头颈部线圈，视野(FOV) 230mmX 230mm，数据重构通过二维傅立叶转换(矩阵168X256),激励次数为I,层厚为5mm。扫描序列为自旋回波序列(SpinEcho, SE)，序列参数设置如下:重复时间TR = 2500ms ;回波时间TE = 22-352ms ;共16个回波。测量完成后，对16个回波下测得的T2加权图像全部选择，在Viewing模式下，选择Evaluation (评价)下的Dynamic analysis (动态分析)，从而得到一幅灰度图，为16幅T2加权图像综合后的结果，对图中的每个T2加权像划定感兴趣区(0.3cm2)，读取得到相应的T2值。之后在Origin下作R2_C(R2 = 1/T2，C为铁浓度)曲线，经线性拟合得到直线的斜率即为样品的弛豫率。
[0013]使用交变磁场发生器(SPG-06-1I，SPG-06-1II，深圳双平电源技术有限公司)完成样品在交变磁场下的升温实验。首先将归一化浓度为lmg[Fe]/ml的油相样品0.3ml置于磁感应线圈中心，将测温光纤直接插入到样品中，避免接触到容器壁，然后打开交变磁场，样品升温过程中，使用光纤测温仪可即时记录光纤探头处待测样品的温度变化。交变磁场的参数设置如下:频率390，780kHz，电流12A。
[0014]所述的油溶性的磁性纳米结构为磁核尺寸为15-18nm、45-50nm和40-45nm的纳米星、“尖角”纳米团簇和“钝角”纳米团簇，三者均具有超顺磁性。
[0015]所述的油溶性的纳米星、“尖角”纳米团簇和“钝角”纳米团簇的产率分别为90.2-93.8%,80.4 -83.6%和 78.6 -81.2%。
[0016]所述的PEG化脂质体包覆的纳米星、“尖角”纳米团簇和“钝角”纳米团簇，其水动力尺寸分别为50-60nm、241-265nm和201-223nm，具有很好的稳定性和生物相容性。
[0017]所述的PEG化脂质体包覆的纳米星、“尖角”纳米团簇和“钝角”纳米团簇分别进行了 MRI成像和交变磁场作用下的磁热效应的应用。
[0018]本发明合成的纳米星，“尖角”纳米团簇及“钝角”纳米团簇方法简单，可重复性强。通过对反应过程中油酸/油胺比例的调控，有效调控纳米颗粒各晶面的生长速度，从而实现了某些晶面快速生长(如:(111)晶面)，导致生成纳米星结构。此外，通过调控晶体的成核生长时间，在升温过程中完成磁性纳米晶磁偶极诱导的定向聚集，进而得到大尺寸、高结晶度的纳米团簇，从而有效地提高纳米结构的性能。本发明得到的三种形貌的纳米结构产率较高。特别对于两种纳米团簇来说，磁性和弛豫率较高，磁共振造影效果及交变磁热效应明显，这对疾病的诊断与治疗提供了良好的物质基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面将结合附图及实施例对本发明的高性能磁性锰锌铁氧体纳米结构制备方法及应用作进一步说明，附图中:
[0020]图1A是高温热解法制备锌锰铁氧体纳米结构的装置图。
[0021]图1B是油相纳米星，“尖角”纳米团簇及“钝角”纳米团簇的合成流程图。
[0022]图2A是油相纳米星的透射电镜图。
[0023]图2B是油相纳米星的高分辨透射电镜图。
[0024]图2C是油相纳米星的电子衍射图。
[0025]图3A是油相纳米星的磁滞回线。
[0026]图3B是油相油相纳米星在交变磁场(频率:390，780kHz，电流:12A)作用力下的升温曲线(铁浓度为lmg/ml)。
[0027]图4A是两种(1.“尖角”2.“钝角”)油相纳米团簇的扫描电镜图。
[0028]图4B是两种(1.“尖角”2.“钝角”)油相纳米团簇的透射电镜图。
[0029]图4C是两种(1.“尖角”2.“钝角”)油相纳米团簇的高分辨透射电镜图。
[0030]图4D是两种(1.“尖角”2.“钝角”)油相纳米团簇的高分辨透射电镜图。
[0031]图5A是两种油相(1.“尖角”2.“钝角”)纳米团簇的磁滞回线。
[0032]图5B是磁性纳米结构在交变磁场作用下升温的实验装置模拟图。
[0033]图5C是两种油相(1.“尖角”2.“钝角”)纳米团簇在交变磁场(频率:390kHz，电流:12A)作用力下的升温曲线(铁浓度为lmg/ml)。
[0034]图是两种油相(1.“尖角”2.“钝角”)纳米团簇在交变磁场(频率:780kHz，电流:12A)作用力下的升温曲线(铁浓度为lmg/ml)。
[0035]图6A是是PEG化脂质体修饰后的纳米星水动力尺寸分布图及高倍透射电镜图。
[0036]图6B是是PEG化脂质体修饰后的“尖角”纳米团簇水动力尺寸分布图及高倍透射电镜图。
[0037]图6C是是PEG化脂质体修饰后的“钝角”纳米团簇水动力尺寸分布图及高倍透射电镜图。
[0038]图7A是PEG化脂质体修饰后的(I)纳米星和(2.“尖角”3.“钝角”)纳米团簇的MRI T2加权图像。
[0039]图7B是PEG化脂质体修饰后的(I)纳米星和(2.“尖角”3.“钝角”)纳米团簇的R2-C曲线图。【具体实施方式】
[0040]下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域的技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请的权利要求所限定的范围。
[0041]设计的磁性锰锌铁氧体纳米结构(包括纳米星、“尖角”和“钝角”的纳米团簇)的制备采用改进后高温热解法，反应的装置设备图如图1A所示。实验采用二辛醚烯为溶剂，乙酰丙酮物为反应原料和前驱体，油酸和油胺为表面活性剂，反应的流程图如图1B所示。结合本发明的内容，提供以下实施例:
[0042]实施例一:星形纳米晶的制备。
[0043]方法:在50ml的三颈烧瓶中加入20ml 二辛醚，持续通入氮气以去除体系中的氧气。分别加入 2mmol 的 Fe (acac) 3、0.6mmol 的 Mn (acac) 2、0.4mmol 的 Zn(acac)2 以及 5mmol的油酸和7mmol的油胺，通过程序控温装置以3°C /min加热速率加热到110°C，保持该温度60min，并打开三颈烧 瓶的瓶塞，以充分去除溶液中的水和杂质，同时使得乙酰丙酮物和油酸、油胺反应完全。以3°C /min加热速率加热到220°C (成核温度)并维持超过2h，成核过程中溶液由棕红色转变为光亮透泽的黑色。继续升温(3°C/min)至300°C (生长和熟化温度)，停留60min，充分完成纳米晶的生长。反应结束后，移去热源，自然冷却至室温后转移至烧杯，加入无水乙醇，磁分离进行洗涤3-4次，去除溶液中残留的油酸、油胺。再加入丙酮，去除溶液中残留的二辛醚，磁分离进行洗涤2次，将得到的油相纳米星分散于正己烷中保存。移取上述6mg[Fe]/ml的上述星型纳米晶5ml。称取60mg DSPE0PE62000固体粉末，溶解于5ml三氯甲烷中。将两者混合装于50ml的圆底烧瓶，在70°C下用超声仪充分超声IOmin后加入5ml去离子水。接着置于旋转蒸发仪上，水浴70°C下抽至真空后旋转蒸发。当有机溶剂蒸发殆尽后，取样品用超声探头(脉冲:2s/2s ；750ff, 20kHz, 20% )作用15min使其分散。样品经220nm滤膜过滤后再超滤离心(3000r/min)，去除底部沉淀物，取上层黑色透明的水相纳米结构的悬浮溶液保存于4°C冰箱，至此成功制备出转水相后的纳米星。
[0044]表征:如图2A所示，制备出的油相纳米星经透射电镜表征可知，其磁核尺寸约为16nm，粒径分布均一，形貌规则。图2B中高分辨透射电镜所示的星形纳米晶的晶格条纹间距为0.296nm，对应于(220)晶面。图2C所示的电子衍射环清晰可见，连续性较好，结晶度较好。它们对应于晶体的(220)、(311)、(400)、(440)和(511)晶面，呈现典型的反尖晶石立方结构。修饰PEG化的脂质分子后，通过磷钨酸染色，经电镜观察可见，样品表面包覆了一层着脂质分子，其水动力尺寸约为56nm，如图6A所示。
[0045]性能:图3A为纳米星在室温下的磁滞回线。由图可知，样品的磁滞回线经过零点，且无剩磁，具有显著的超顺磁性。经过磁性测试，样品的饱和磁化强度为51.7emu/g Fe。图3B显示的是lmg[Fe]/ml的油相纳米星在交变磁场作用力下的升温曲线。经过计算，在磁场频率为390kHz和780kHz,电流为12A下，样品的SAR值分别97.7，252.7W/g。此外，如图7A所示的MRI对比图像可知，随着修饰脂质体后的纳米星浓度由低变高，得到的T2加权像逐渐变暗，表现出明显的T2造影效果。进一步地，由图7B所示的R2-C曲线图可计算得出，其弛豫率为110.1mT1S'
[0046]实施例二:“尖角”纳米团簇的制备。
[0047]方法:在50ml的三颈烧瓶中加入20ml 二辛醚，持续通入氮气以去除体系中的氧气。分别加入 2mmol 的 Fe (acac) 3、0.6mmol 的 Mn (acac) 2、0.4mmol 的 Zn (acac) 2 以及 5mmol的油酸和7mmol的油胺，通过程序控温装置以3°C /min加热速率加热到110°C，保持该温度60min，并打开三颈烧瓶的瓶塞，以充分去除溶液中的水和杂质，同时使得乙酰丙酮物和油酸、油胺反应完全。以3°C/min加热速率加热到220°C (成核温度)并维持小于0.5h，成核过程中溶液由棕红色转变为光亮透泽的黑色。继续升温(3°C/min)至300°C (熟化温度)，停留20-40min，充分完成纳米晶的生长。反应结束后，移去热源，自然冷却至室温后转移至烧杯，加入无水乙醇，磁分离进行洗涤3-4次，去除溶液中残留的油酸、油胺。再加入丙酮，去除溶液中残留的二辛醚，磁分离进行洗涤2次，将得到的油相“尖角“纳米团簇分散于正己烷中保存。移取上述6mg[Fe]/ml的上述星型纳米晶5ml。称取60mg DSPE0PEG2000固体粉末，溶解于5ml三氯甲烷中。将两者混合装于50ml的圆底烧瓶，在70°C下用超声仪充分超声IOmin后加入5ml去离子水。接着置于旋转蒸发仪上，水浴70°C下抽至真空后旋转蒸发。当有机溶剂蒸发殆尽后，取样品用超声探头(脉冲:2s/2s ；750ff, 20kHz, 20% )作用15min使其分散。样品经220nm滤膜过滤后再超滤离心(3000r/min),去除底部沉淀物,取上层黑色透明的水相纳米结构的悬浮溶液保存于4°C冰箱，至此成功制备出转水相后的“尖角“纳米团簇。
[0048]表征:如图4A和图4B所示的油相“尖角“纳米团簇的扫描和透射电镜可知，“尖角”纳米团簇由许多小尺寸 的星形纳米晶颗粒团聚组装而成，其尺寸约为50nm,粒径分布范围窄，形貌规则。图4C和图4D中高分辨透射电镜所示的“尖角“纳米团簇的晶格条纹清晰，说明其具有较好的结晶度。经测量晶面间距为0.296和0.206nm，分别对应于其(220)和(400)晶面。修饰PEG化的脂质分子后，通过磷钨酸染色，经电镜观察可见，样品表面包覆了一层着脂质分子，其水动力尺寸约为251nm，如图6B所示。
[0049]性能:如图5A所示的油相“尖角“纳米团簇在室温下的磁滞回线可知，由小的纳米晶颗粒组装后的“尖角”纳米团簇的磁滞回线经过零点，且无剩磁，具有典型的超顺磁性特征。经过磁性测试，样品的饱和磁化强度为78.3emu/g Fe。如图5C和图所示的Img[Fe]/ml的油相“尖角”纳米团簇在交变磁场作用力下的升温曲线可知，经过计算，在磁场频率为390kHz和780kHz,电流为12A下，样品的SAR值分别为201.1和482.6W/g。这种修饰脂质体后纳米团簇在磁共振成像方面体现了显著的优点。如图7A所示，随着修纳米团簇浓度由低到高，得到的T2加权像显著变暗，表现出良好的T2造影效果，相应地，由图7B所示的R2-C曲线图可计算得出，其弛豫率为234.TmT1S'
[0050]实施例三:“钝角”纳米团簇的制备。
[0051]方法:在50ml的三颈烧瓶中加入20ml 二辛醚，持续通入氮气以去除体系中的氧气。分别加入 2mmol 的 Fe (acac) 3、0.6mmol 的 Mn (acac) 2、0.4mmol 的 Zn (acac) 2 以及 5mmol的油酸和7mmol的油胺，通过程序控温装置以3°C /min加热速率加热到110°C，保持该温度60min，并打开三颈烧瓶的瓶塞，以充分去除溶液中的水和杂质，同时使得乙酰丙酮物和油酸、油胺反应完全。以3°C/min加热速率加热到220°C (成核温度)并维持小于0.5h，成核过程中溶液由棕红色转变为光亮透泽的黑色。继续升温(3°C/min)至300°C (熟化温度)，停留40-60min，充分完成纳米晶的生长。反应结束后，移去热源，自然冷却至室温后转移至烧杯，加入无水乙醇，磁分离进行洗涤3-4次，去除溶液中残留的油酸、油胺。再加入丙酮，去除溶液中残留的二辛醚，磁分离进行洗涤2次，将得到的油相“钝角”纳米团簇分散于正己烷中保存。移取6mg[Fe]/ml的上述纳米团簇5ml。称取60mgDSPE@PEG2000固体粉末，溶解于5ml三氯甲烷中。将两者混合装于50ml的圆底烧瓶，在70°C下用超声仪充分超声IOmin后加入5ml去离子水。接着置于旋转蒸发仪上，水浴70°C下抽至真空后旋转蒸发。当有机溶剂蒸发殆尽后，取样品用超声探头(脉冲:2s/2s ；750ff, 20kHz, 20% )作用15min使其分散。样品经220nm滤膜过滤后再超滤离心(3000r/min)，去除底部沉淀物，取上层黑色透明的水相纳米结构的悬浮溶液保存于4°C冰箱，至此成功制备出转水相后的“钝角”纳米团簇。
[0052]表征:如图4A和图4B所示的油相“钝角“纳米团簇的扫描和透射电镜可知，“钝角”纳米团簇的生长取决于已形成的“尖角”纳米团簇进一步的熟化。随着熟化时间的延长(300°C 60min)，“尖角”纳米团簇表面的“簇角”(小的结晶颗粒)会进一步融合。在融合过程中，“簇角”会发生“钝化”现象。由此产生了结构更加稳定和密集的“钝角”纳米团簇。其尺寸约为45nm，粒径分布范围窄，形貌规则。图4C和图4D中高分辨透射电镜所示的“钝角“纳米团簇的晶格条纹清晰，说明其具有较好的结晶度。经测量晶面间距为0.296和0.206nm，分别对应于其(220)和(400)晶面。修饰PEG化的脂质分子后，通过磷钨酸染色，经电镜观察可见，样品表面包覆了一层着脂质分子，其水动力尺寸约为215nm，如图6C所示。
[0053]性能:如图5A所示的油相“钝角“纳米团簇在在室温下的磁滞回线可知，与“尖角”纳米团簇类似，样品的磁滞回线经过零点，且无剩磁，具有显著的超顺磁性。经过磁性测试，样品的饱和磁化强度为82.5emu/g Fe。如图5C和图所示的lmg[Fe]/ml的油相“钝角“纳米团簇在交变磁场作用力下的升温曲线可知，经过计算，在磁场频率为390kHz和780kHz,电流为12A下，样品的SAR值分别225.5，513.2W/g。这种修饰脂质体后纳米团簇在磁共振成像方面体现了显著的优点。如图7A所示，随着修纳米团簇浓度由低到高，得到的T2加权像显著变暗，表现出良好的T2造影效果，相应地，由图7B所示的R2-C曲线图可计算得出，其弛豫率为247.1mMS'
【权利要求】
1.一种高性能磁性锰锌铁氧体纳米结构的制备方法，所述纳米结构包括纳米星和纳米团簇；其特征在于，包括以下步骤: 在具有高沸点的二辛醚溶剂中，以金属乙酰丙酮物为前驱物，油酸、油胺为表面活性剂，通过调控油酸、油胺的不同摩尔比，制备出具有亲油性的单分散磁性锰锌铁氧体纳米星； 通过控制反应的成核、生长时间，制备出类似于“魔方”结构的“尖角”和“钝角”磁性锰锌铁氧体纳米团簇。
2.根据权利要求1所述的高性能磁性锰锌铁氧体纳米结构的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤: 通过疏水相互作用，在亲油性的纳米星和纳米团簇表面修饰了末端带有聚乙二醇的二硬脂酸磷脂酰乙醇胺长循环脂质(DSPE@PEG2000)分子，使其具有良好的水溶性和生物相容性。
3.根据权利要求1或2所述的高性能磁性锰锌铁氧体纳米结构的制备方法，其特征在于: 当成核时间大于等于2h,诱导纳米星的生成；当成核时间小于等于0.5h,诱导纳米簇的生成；在固定成核时间0.5h不变的情况下，当调控熟化时间在20-40min时,诱导“尖角”纳米团簇的形成，当调控熟化时间在40-60min时,诱导“钝角”纳米团簇的形成。
4.根据权利要求2所述的高性能磁性锰锌铁氧体纳米结构的制备方法，其特征在于:所述疏水相互作用系通过旋转蒸发的方法，将纳米结构表面负载有油酸/油胺的油相基团偶合了长循环脂质分子(DSPE0PEG2000)。
5.根据权利要求1或2所述的高性能磁性锰锌铁氧体纳米结构的制备方法，其特征在于，所述的纳米星、“尖角”纳米簇以及“钝角”纳米簇具有单分散性、良好的稳定性及结晶度。
6.根据权利要求1或2所述的高性能磁性锰锌铁氧体纳米结构的制备方法，其特征在于，所述的纳米星粒径在15-18nm ;“尖角”纳米团簇粒径在45-50nm ;“钝角”纳米团簇粒径在40-45nm ;且均具有显著的超顺磁性。
7.根据权利要求1或2所述的高性能磁性锰锌铁氧体纳米结构的制备方法，其特征在于，所述的纳米星、“尖角”纳米团簇及“钝角”纳米团簇的产率分别为90-95%，80-85%和75-85%。 7.根据权利要求1或2所述的高性能磁性锰锌铁氧体纳米结构的制备方法，其特征在于，所述的纳米结构具有较强的磁性，及在交变磁场作用下的显著的磁热效应，可应用于生物体内外热疗。
8.根据权利要求1或2所述的高性能磁性锰锌铁氧体纳米结构的制备方法，其特征在于，所述的纳米星、“尖角”纳米团簇及“钝角”纳米团簇的水动力尺寸分别为50-60nm、240-265nm和200-225nm，具有很好的稳定性和生物相容性。
9.一种根据权利要求1或2所述的高性能磁性锰锌铁氧体纳米结构的制备方法所制备的纳米结构，包括磁性锰锌铁氧体纳米星和纳米团簇。
10.一种磁共振造影剂，包括权利要求9所述纳米结构，所述的纳米结构有显著的磁共振造影(T2MRI)造影效果。
【文档编号】C04B35/622GK103449530SQ201310400674
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】张宇, 谢俊, 马明, 韩国志, 王建国 申请人:南京东纳生物科技有限公司