一种硫酸钆钠的制备方法及应用与流程

本发明涉及一种核磁共振成像剂的技术领域，特别涉及一种硫酸钆钠的制备方法和应用。

背景技术：

核磁共振成像技术(MRI)是指利用原子核产生核磁并发生共振产生的信号在不同介质中具有不同的弛豫速度这一原理，将被检测信号的强弱转化成明暗对比的图像来分辨不同物质结构的技术。

某些不同组织或肿瘤的弛豫时间相互重叠，导致诊断困难，不能进行动态扫描和测定器官功能，现有技术中通常通过使用造影剂来增强信号对比度和提高软组织图像的分辨率。造影剂就是来缩减成像时间来提高MRI成像对比度和清晰度的一种成像增强对比剂，能改变体内局部组织中水质子的弛豫速度，提高正常与患病部位的MR成像对比度，从而显示体内器官的功能状态。

目前基于Gd的造影剂的研究最为广泛，科研工作者们采用各种方法将Gd掺入不同的基底材料如：DTPA，DOPA，多胺多羧配合物，单克隆抗体，多糖类，大分子聚合物类等以形成造影剂，但是上述材料注入生物活体时，易在肝、脾和骨中累积，不易排出，具有很高的毒性。

硫酸钆钠具有水溶性，易被组织吸收，但是在现有技术中一般通过在稀土矿中以中间产物的形式分离得到硫酸钆钠，且得到是工业级的硫酸钆钠，纯度低，物相不稳定，不能作为核磁共振造影剂使用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明目的在于提供一种纯净度高，结晶性好，粒径小、物相稳定的硫酸钆钠的制备方法，并将制备得到的硫酸钆钠应用于核磁共振T1造影剂，造影效果明显。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种硫酸钆钠的制备方法，包括以下步骤：

将钆盐水溶液、乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮混合，得到混合溶液；

依次将硫酸的乙醇溶液、氢氧化钠水溶液加入所述混合溶液中，溶剂热反应，得到硫酸钆钠。

优选的，所述钆盐为硝酸钆和/或氯化钆。

优选的，所述钆盐的物质的量、乙二醇的体积和聚乙烯吡咯烷酮的的质量比为2mmol：27ml：1g。

优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为30～60。

优选的，所述硫酸为质量浓度为98％的浓硫酸，所述硫酸的质量与乙醇的体积比为0.08g：10ml。

优选的，所述硫酸的质量与钆盐的物质的量比为0.08g:2mmol。

优选的，所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.008g/L；所述氢氧化钠水溶液的体积与硫酸的质量比为2ml：0.008g。

优选的，所述溶剂热反应的温度为190～220℃；所述溶剂热反应的时间为16～20h。

本发明提供了一种上述方案所述制备方法制备的硫酸钆钠作为核磁共振造影剂在核磁共振检测获得中间信息中的应用。

本发明提供了一种硫酸钆钠的制备方法，包括以下步骤：将钆盐水溶液、乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮混合，得到混合溶液；依次将硫酸的乙醇溶液、氢氧化钠水溶液溶液加入所述混合溶液中，溶剂热反应，得到硫酸钆钠。本发明提供的制备方法简单易行，原料易得，成本低；且制备得到的硫酸钆钠纯度可以达到99.99％，结晶性好、物相稳定；其水溶液的核磁信号强度高，适宜做核磁共振顺磁性造影剂(T₁造影剂)，造影效果明显，可以有效减小给药量和核磁共振成本，并且易被组织体吸收，不会在体内长时间滞留，毒副作用小。

附图说明

图1是实施例1制备的NaGd(SO₄)₂的粉末X射线衍射图谱；

图2是实施例1制备的NaGd(SO₄)₂的扫描电子显微镜图片；

图3是实施例2中NaGd(SO₄)₂的细胞毒性测定结果图；

图4是实施例3测得的NaGd(SO₄)₂水溶液的横向弛豫率(1/T2)和纵向弛豫率(1/T1)随NaGd(SO₄)₂浓度变化的线性关系图；

图5是实施例4中NaGd(SO₄)₂在小鼠体内核磁造影成像结果图。

具体实施方式

本发明提供了一种硫酸钆钠的制备方法，包括以下步骤：

将钆盐水溶液、乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮混合，得到混合溶液；

依次将硫酸的乙醇溶液、氢氧化钠水溶液溶液加入所述混合溶液中，溶剂热反应，得到硫酸钆钠。

本发明将钆盐水溶液、乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮混合，得到混合溶液。在本发明中，所述钆盐优选为硝酸钆和/或氯化钆；所述钆盐水溶液的浓度优选为0.1～1mol/L，更优选为0.3～0.6mol/L。在本发明中，所述聚乙烯吡咯烷酮的K值优选为30～60，更优选为40～50。在本发明中，所述钆盐的物质的量、乙二醇的体积和聚乙烯吡咯烷酮的的质量比为2mmol：27ml：1g。

在本发明的部分具体实施例中，可以将钆盐水溶液与乙二醇混合，得到钆盐的乙二醇溶液，再将聚乙烯吡咯烷酮加入所述钆盐的乙二醇溶液中，将聚乙烯吡咯烷酮搅拌至完全溶解，得到混合溶液。

得到混合溶液后，本发明依次将硫酸的乙醇溶液、氢氧化钠水溶液加入所述混合溶液中，溶剂热反应，得到硫酸钆钠。在本发明中，所述硫酸优选为质量浓度为98％的浓硫酸，所述硫酸乙醇溶液中硫酸的质量与乙醇的体积比优选为0.08g：10ml；所述硫酸的质量与钆盐的物质的量比优选为0.08g:2mmol。在本发明中，所述氢氧化钠水溶液的浓度优选为0.008g/L；所述氢氧化钠水溶液的体积与硫酸的质量比优选为2ml：0.008g。

本发明优选将硫酸与乙醇混合，得到硫酸的乙醇溶液；本发明优选将所述硫酸的乙醇溶液滴加至混合溶液中，所述滴加的速率优选为1～5滴/秒，更优选为2～3滴/秒；

所述硫酸的乙醇溶液滴加完毕后，本发明优选将氢氧化钠溶液滴加入含有硫酸的混合溶液中，所述滴加的速率与硫酸的滴加速率一致，在此不再赘述。

氢氧化钠水溶液滴加完毕后，本发明优选将溶液搅拌25～40min后再进行溶剂热反应；更优选为搅拌30～35min。

在本发明中，所述溶剂热反应的温度优选为190～220℃，更优选为200℃；所述溶剂热反应的时间优选为16～20h，更优选为17～19h，最优选为18h；所述溶剂热反应的压力高于标准大气压。

本发明优选在高压反应釜中进行溶剂热反应，本发明对溶剂热反应的具体压力没有特殊要求，使用本领域常规的高压反应釜进行反应即可。

本发明使用乙二醇为溶剂热反应的反应介质，通过控制原料的加入顺序使反应液系统中离子分布均匀，避免了局部的离子浓度过大和反应体系酸碱度不稳定的问题，并使用聚乙烯吡咯烷酮控制硫酸钆钠的形貌，使溶剂热反应得到的硫酸钆钠形貌均一，结晶度高、物相稳定性更好。

溶剂热反应完成后，本发明优选将反应液冷却至室温后过滤、洗涤、离心和干燥，得到纯净的硫酸钆钠。在本发明中，所述洗涤优选依次使用水和乙醇进行洗涤；所述离心的速率优选为3000～5000r/min，更优选为3500～4500r/min；所述离心的次数优选为1～5次，更优选为2～3次；所述单次离心的时间优选为5～10min，更优选为6～8min；所述干燥的温度优选为50～100℃，更优选为60～70℃；所述干燥的时间优选为12～36h，更优选为20～24h。

本发明提供了一种上述方案制备的硫酸钆钠为核磁共振造影剂在核磁共振检测获得中间信息中的应用。

下面结合实施例对本发明提供的一种硫酸钆钠的制备方法及应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

准确称取2.0mL1mol/L的硝酸钆溶液，加入27mL乙二醇中，再加入1.0g聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K30)，搅拌10分钟至PVP全部溶解，得到混合溶液；

将0.08g浓硫酸分散到10mL无水乙醇中，得到硫酸的乙醇溶液，将硫酸的乙醇溶液逐滴加入混合溶液中，硫酸的乙醇溶液滴加完毕后，将浓度为0.008g/ml的氢氧化钠溶液逐滴加入混合溶液中，常温搅拌30分钟后将混合溶液转移至高压反应釜置于200℃反应18小时；反应完毕后将反应后混合溶液水洗，醇洗，控制转速为3000r/min离心3次，单次离心时间为5min，将离心产物后在60℃下干燥24h得到硫酸钆钠。

使用X射线衍射法对所得硫酸钆钠的物相组成进行分析，所得结果如图1所示；根据图1可以看出，制备得到的硫酸钆钠的XRD谱图与标准的PDF卡片(其卡片号为JCPDS No.36-0749)基本吻合，说明得到的产物确实为NaGd(SO₄)₂，并且其衍射峰主峰清晰尖锐，强度高，表明NaGd(SO₄)₂样品的结晶度高，物相稳定；

使用液相色谱法对所得硫酸钆钠的纯度进行分析，可得硫酸钆钠的纯度为99.9％。

使用扫描电子显微镜对所得硫酸钆钠进行观测，所得观测照片如图2所示；根据图2可以看出，得到的硫酸钆钠形貌均匀，为短棒状，长度约为5微米，底部直径约为1微米。

实施例2

使用MTT法评价实施例1制得的NaGd(SO₄)₂的细胞毒性，实验步骤如下：

(1)将人宫颈癌细胞(HeLa细胞)以4000-6000个/孔的密度接种于96孔培养板中，于细胞培养箱中培养24小时(5％CO₂，37℃)；

(2)称取适量所制备的NaGd(SO₄)₂样品溶于水后分散于适量细胞培养液中，令NaGd(SO₄)₂质量浓度为31.25～500μg/mL；

(3)取上述不同浓度的NaGd(SO₄)₂各100μL，注入96孔培养板中，每个浓度6孔，与人宫颈癌细胞共培养12小时(5％CO₂，37℃)；

(4)吸除96孔培养板中的NaGd(SO₄)₂，每孔各加入20μL四甲基偶氮咗盐(MTT)，继续培养4小时(5％CO₂，37℃)；

(5)终止培养，每孔各加入150μL二甲基亚砜，37℃恒温震荡10min，用酶标仪测定各个孔在490nm的光密度OD值；

(6)以不与NaGd(SO₄)₂共培养的细胞为对照组，用酶标仪测定该组各个孔在490nm的光密度OD值；

(7)细胞的相对增殖率按如下公式计算：

实验结果如图3所示，根据图3可以看出，NaGd(SO₄)₂的浓度在500μg/mL时，HeLa细胞的相对增殖率仍可以达到80％以上，表明所制备的NaGd(SO₄)₂细胞毒性低，具有较好的生物相容性。

实施例3

对实施例1制得的NaGd(SO₄)₂核磁共振性能进行研究，步骤如下：

(1)将不同质量的NaGd(SO₄)₂材料加入超纯水中，超声溶解后，得到NaGd(SO₄)₂摩尔浓度依次为8mM、4mM、2mM、1mM、0.5mM的NaGd(SO₄)₂水溶液，并用ICP(电感耦合等离子体光谱仪)进行浓度标定确认；

(2)将磁场强度为1.5T的核磁共振仪(Bruker Minispec mq60NMR analyzer)提前4小时开机预热且将待测样品管置于37℃温水浴锅；

(3)分别将个浓度的NaGd(SO₄)₂水溶液用核磁共振仪测定出横向弛豫时间(T2)和纵向弛豫时间(T1)；

实验结果如图4所示，根据图4可以看出，结果显示NaGd(SO₄)₂水溶液的纵向弛豫率为4.97677mM^-1s^-1，横向弛豫率为5.51273mM^-1s^-1，两者比值(r₂/r₁)为1.1077；并且通过线性拟合发现NaGd(SO₄)₂的浓度与弛豫率符合线性标准，说明所制备的NaGd(SO₄)₂核磁信号强度高，可以缩短纵向弛豫时间，适合作为T1类型的造影剂。

实施例4

对实施例1制得的NaGd(SO₄)₂进行体内核磁造影成像实验，步骤如下：

体内T1加权像：取质量比为5％的水合氯醛溶液适量腹腔注射，待小鼠麻醉后尾静脉注射NaGd(SO₄)₂造影剂，在注射后0min、30min、60min、90min和120min时间点采集MRI信号，使用核磁共振成像软件及MSE序列采集裸鼠的冠状面图像，对图像进行统一映射处理，所得图像如图5所示；

根据图5可以看出，本发明制备的NaGd(SO₄)₂作为造影剂使用时对肝脏部位有造影效果，在30min有明显的造影效果，在60min达到最亮，然后开始变暗，在120min时已经有明显代谢，这说明实施例1制备的NaGd(SO₄)₂作为造影剂在核磁共振检测中进行应用时有优异的效果。

由以上实施例可知，本发明所述制备方法简单易行，且制备得到的硫酸钆钠纯度高、结晶性好、物相稳定；其水溶液的核磁信号强度高，适宜做核磁共振顺磁性造影剂(T₁造影剂)，造影效果明显，并且易被组织体吸收，不会在体内长时间滞留，毒副作用小。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。