CN101663050A

CN101663050A - 通过使用涂敷的造影剂的生物材料显像

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Publication number: CN101663050A
Application number: CN200880004271A
Authority: CN
Inventors: O·阿克塞尔森; K·乌代尔
Original assignee: SPAGO IMAGING AB
Current assignee: SPAGO IMAGING AB
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2010-03-03
Also published as: JP2010518070A; EP2121041A1; ZA200905420B; CA2675631A1; AU2008212556A1; US20100111859A1; US20100119458A1; WO2008096279A1; WO2008096280A1; EP2121040A1

Abstract

一种用于使生物材料显像的方法，优选通过MRI，包括以下步骤：(i)使一个群组的经涂敷的纳米颗粒与所述生物材料相接触，这些纳米颗粒各自包括a)一种过渡金属的金属氧化物，所述金属氧化物优选是顺磁性的并且优选地包括一种镧系元素(+III)如钆(+III)，以及b)覆盖核心颗粒表面的一个涂层，并且(ii)记录图像；其中该涂层是亲水的并且包括一个硅烷层，该硅烷层位于紧靠该核心颗粒表面处并且包括一个或多个不同的硅烷基团，这些硅烷基团各自包括一个有机的基团R以及一个硅烷－硅氧烷连接，其中a)R包括一个亲水的有机基团R′以及一个疏水的间隔基B，b)O是直接结合至该金属氧化物的一个表面金属离子上的氧，并且c)C是碳并且还是B的一部分。还披露了用于显像的一种组合物以及用于制造这些纳米颗粒以及核心颗粒的方法。显像包括通过MR、CT、X射线、近IR荧光、PET、显微术等进行成像，具有的最大优点是实现了活体内成像。

Description

通过使用涂敷的造影剂的生物材料显像

技术领域

本发明涉及用作造影剂的纳米颗粒用于生物材料的显像或成像。这些纳米颗粒典型地是顺磁性的，使每个纳米颗粒被分解为一个核心颗粒以及覆盖核心颗粒表面的一个涂层。单独的核心颗粒具有暴露出一种金属氧化物的表面，该金属氧化物包括一种过渡金属离子。这种金属氧化物典型地是顺磁性的并且过渡金属离子优选是一个镧系元素(+III)，如钆(+III)。本发明的主要方面是a)利用纳米颗粒的生物材料显像方法，b)纳米颗粒的组合物，c)制造纳米颗粒(经涂敷的核心颗粒)和/或有待涂覆的核心颗粒的方法，d)纳米颗粒用于制造一种组合物的用途，该组合物旨在用于生物材料等的活体内显像。本发明对于磁共振成像(MRI)以及其他成像技术如X射线、计算机X射线断层照相术(CT)等是特别有益的。

术语“过渡金属”在本发明的背景下将在广义上使用，并因此包括周期系的族2b与3a之间的元素，即，族3b、4b、5b、6b、7b、8、1b以及2b，而镧系和锕系是族3b的一部分。

背景技术

生物材料的磁共振成像(MRI)原理是检测存在于该材料中的水分子的氢原子核的原子核磁化。MRI超过X射线成像的主要优点是增强了不同软组织之间的对比。这种对比具有至少三种不同的来源。较小的一个是质子密度，但更令人感兴趣的是，磁化的恢复时间(弛豫时间)T，T₁(沿着主磁场)以及T₂(垂直于主磁场)是对比的重要成因。T₁以及T₂两者都对粘度、磁化率、材料的温度以及磁性实体的存在敏感。

T₁以及T₂的减小分别导致被测MR信号的增大与减小。如果一个自旋回波序列被用于测量中，表示为扫描参数的一个函数的信号S能够以简单的形式表示为：

S(TR，TE)＝ρe^-TE/T2(l-e^-TR/T1)

其中ρ＝自旋密度，TE＝回波时间并且TR＝重复时间。使用了顺磁造影剂来缩短弛豫时间以允许在一个给定的时间段内收集更多信号。可以利用这种增强的信号来提高图像的分辨率或使用更短的收集时间。MRI造影剂对T₁和T₂都有影响，但是一些试剂在它们对T₁的影响比T₂强的意义上来说是选择性的，反之亦然。顺磁的金属离子(如处于螯合形式的钆离子(Gd³⁺))并且还有某些金属的不溶性盐的颗粒(如氧化钆(Gd₂O₃)以及氧化铁(Fe₂O₃))已经被建议在MRI中作为造影剂。对T₁有主要影响的钆(III+)已经被用作正造影剂(增强MR信号)，并且对T₂有主要影响的铁(III+)的氧化物形式被用作为负造影剂(减小MR信号)。弛豫率(1/T_i，对于氢i＝1，2)与所用造影剂的浓度C成比例，即

1/T_i(实测的)＝1/T_i(固有的)+r_iC

其中1/T_i(实测的)是在造影剂存在下的弛豫率，1/T_i是固有的组织弛豫率，并且r_i是被称为造影剂的弛豫性的一个比例常数。见

et al.(Magn Reson Mater Phy 19(2006)180-186)和WO 2006031190(Uvdal et al.)以及其中引用的参考文献。

一个具体的造影剂对一个样品中的氢原子核的弛豫时间以及对MR图像的影响以一种复杂的方式取决于多种因素，如弛豫剂的磁矩、电子弛豫时间、在内和/或外配位层中对水配位的能力、顺磁剂的转动动力学、扩散以及水交换率。对于表现良好的系统，这是由Solomon-Bloembergen-Morgan理论定量地进行了说明(The Chemistryof Contrast Agents in Medical Magnetic Resonance Imaging，Wiley2001，Eds.Andre E.Merbach，Eva Toth)。

临床上在活体内使用的造影剂典型地是通过优选静脉注射给予患者的。这意味着，造影剂的金属部分必须以对患者无害并且在患者体内保持足够长的时段的形式来给予以便实施预期的用途。该试剂还必须能够在患者的活体内被运送至所希望的部位。

为了降低自由钆离子的毒性作用，临床上已经以稳定的螯合形式来使用Gd³⁺，典型地如二乙烯三胺五乙酸螯合物(DTPA)或如DTPA的同源物的螯合物，如四氮杂环十二烷四乙酸、DOTA以及这些螯合剂的其他类似物。含Gd₂O₃的纳米颗粒迄今为止还没有被批准临床使用。毒性较低的铁(III+)已经以Fe₂O₃纳米颗粒的形式在临床上使用。较大的Fe₂O₃纳米颗粒很快地蓄积在网状内皮系统(RES)中，并且因此具有短的血液寿命并且已经在肝显像中找到用途。较小的Fe₂O₃纳米颗粒具有更长的血液寿命，因为它们从RES逃脱，并且已经被认为对于在活体内显像具有更广的潜力。相对于Fe₂O₃纳米颗粒形式的临床使用，这些颗粒已经被涂覆以增加它们对抗凝聚的稳定性并且使它们对免疫系统是不可见的。这些涂层典型地是可生物降解的，因为这将有助于金属氧化物核心的降解，并且因此还有助于从患者体内去除这些颗粒以及金属离子。然而，对于含有经常是高毒性的非内源性的金属离子的颗粒来说这是不适用的。在这种情况下，似乎更合理的是依赖肾排泄使这些颗粒从体内安全的去除。肾排泄要求这些颗粒是非常小的。取决于测量的方法、表面电荷以及未知的材料因素，典型的用于肾过滤的截止尺寸是大约6-8纳米的直径(O′Callaghan，C.Brenner，B.M.，″The Kidney ata Glance，.Blackwell Science，2000p 13)，尽管更大的颗粒(例如高达10nm)因为可塑性的作用也可以被排出。

因为现有一代造影剂所具有的问题，在以上讨论的类型的造影剂中用于金属离子的封装的一个替代策略将是令人希望的。经稳定涂敷的金属氧化物纳米颗粒也许是这个问题的解决方案。(Marckmann P.et al.，JAm Soc Nephrol.17(9)：2359-62.September 2006.Epub August 2006)。

对于经涂覆的MRI纳米颗粒，必要的是该涂层不阻止金属氧化物核心与周围介质中的水分子之间的磁偶极的耦合，否则这些颗粒的弛豫性将会很低。对于旨在有待经肾排出的纳米颗粒，设计出一种涂层将是一个挑战，该涂层既具有对于这类排泄的一种足够的稳定性还要提供与水分子结合的充足的机会以给出超过当前MRI造影剂的改进。

有关的背景公开文件：

1.WO 2005088314(Perriat et al).

2.WO 2006031190(Uvdal et al).

3.US 2004156784(Haase).

4.US 4770183(Groman).

5.US 20030180780(Feng et al).

6.US 6638494(Pilgrimm).

7.CN 1378083(Sun et al；Chemical Abstracts 8 March 2004，XP002300295 extract from STN data base accession no 2004：184856).

8.Bazzi et al.，J.Colloid Interface Sci.272(2004)191-197.

9.Bridot et al.，J.Am.Chem.Soc.2007，129，5076-5085.Publ March31，2007.)

10.Feng et al.，Anal.Chem.Am.Chem.Soc，Columbus US，75(19)(2003)5282-5286.

11.Jun et al.，Nanomaterials for Cancer Diagnosis，Ed.ChallaS.S.R.Kumar，Nanotechnologies for the Life Science，VoI 7(147-173)2007.Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA，Weinheim，Germany.

12.Louis et al.，Chem.Mater.，17(2005)1673-1682.

本说明书中引用的全部专利、专利申请以及公开文件的全部内容通过引用结合在此。

发明内容

本发明的一个主要方面是用于生物材料显像的一种方法，优选是通过MRI，如在引言部分总体上概述的。该方法包括下列步骤：

(i)使一个群组的纳米颗粒与所述生物材料相接触，这些纳米颗粒各自包括a)一个核心，该核心包括一个金属氧化物暴露于其中的一个表面，以及b)一个涂层，该涂层覆盖该核心的表面，并且

(ii)记录图像，例如，以一个本身已知的方式。

该金属氧化物包括一个过渡金属离子并且优选是顺磁性的，例如，所述过渡金属离子是顺磁性的。该过渡金属离子优选是一个镧系元素(+III)，如钆(+III)。在该群组内的一个核心颗粒相对于出现的金属氧化物是均匀的，即，该金属氧化物在通常的变体中是位于一个核心颗粒的全部本体而不仅是在其表面。如果适当地选择这些金属离子以及颗粒的尺寸，这些核心颗粒以及纳米颗粒可以是超顺磁性的。

在其他方面，本发明是针对涂覆一个群组的核心颗粒的一种方法并且针对用于使生物材料显像的组合物。本发明的其他方面将在详细说明中变得清楚。

具体实施方式

本发明是针对用于使生物材料显像的多种方法以及多种组合物，并且针对涂覆一个群组的核心颗粒的多种方法。

存在着对于改进的纳米颗粒的一种需要，这些纳米颗粒能够在此描述的各种成像技术(特别强调MRI)中被用作造影剂。这包括新颖的金属氧化物纳米颗粒，这些纳米颗粒有助于增强的图像对比度以及增强的信号，这可以被转化为或者是更短的采集时间、更高的空间分辨率或减小造影剂的剂量。因此，通过使用本发明的某些实施方案典型地在高达两个小时的时段内(如高达45分钟)进行扫描测量应该很容易地达到低至1mm的体积像素的线性尺寸(大小)的空间分辨率。在某些实施方案中，低至0.1mm体积像素线性尺寸并且甚至更低的分辨率，但是实际上在大多数情况下在0.01mm体积像素线性尺寸以上的分辨率是令人希望的。适当的速度以及信噪比也是有利的，以使在解剖学成像中的几个用途成为可能。特别地，具有在所给出的范围内的分辨率的冠状动脉血管造影术具有很大的临床效益。

为了在肿瘤成像中增强的对比度和/或为了其他组织的成像而使用纳米粒子造影剂也是有利的，这些其他组织示出了对大实体的增强的泄漏和/或与正常组织相比被一种不够有序的内皮组织细胞所包绕。在一个实施方案中，这种试剂对于监视对抗血管原疗法的反应是有用的(H.Daldrup-Link et al.，Academic Radiology，Volume 10，Issue 11，Pages1237-1246)。

这对降低毒性也是有利的，这种低毒性与对抗(不可降解的并且稳定涂层的)金属离子释放的增强的稳定性以及通过肾过滤从患者体内排出纳米颗粒而没有在活体中释放有毒的金属离子有强烈的关联。对于MRI应用，有利的是实现较低的毒性以及这些颗粒的肾排泄同时在纳米颗粒的金属离子与周围液体介质中的氢原子核之间保持有效率的磁偶极的耦合，即，两个目的，如果纳米颗粒没有被正确地设计它们所要求的效果将要互相抵消。

本发明的不同实施方案提供了这些优点中的一个或多个。

本发明的一个主要方面是使生物材料显像的一种方法，优选通过MRI，如在引言部分中总体上概述的。该方法包括下列步骤：

(iii)使一个群组的纳米颗粒与所述生物材料相接触，这些纳米颗粒各自包括a)一个核心，该核心包括一个金属氧化物暴露于其中的一个表面，以及b)一个涂层，该涂层覆盖该核心的表面，并且

(iv)记录图像，例如，以一个本身已知的方式。

该金属氧化物包括一个过渡金属离子并且优选地是顺磁性的，例如，所述过渡金属离子是顺磁性的。该过渡金属离子优选地是一个镧系元素(+III)，如钆(+III)。在该群组内的一个核心颗粒相对于存在的金属氧化物是均匀的，即，在通常的变体中该金属氧化物位于一个核心颗粒的全部本体而不仅在其表面。如果适当地选择这些金属离子以及颗粒的尺寸，这些核心颗粒以及纳米颗粒可以是超顺磁性的。

这些纳米颗粒以及它们的涂层和核心颗粒本身在我们的于2007年2月7日提交的题为“含有金属氧化物颗粒的组合物以及它们的使用”的美国临时专利申请序号60/899,995中也有描述。

该方法的一个主要特性是该涂层是亲水的并且在紧靠该核心颗粒的表面处包括一个硅烷层，该硅烷层包含一个、两个或更多个不同的硅烷基团。这些基团各自包括一个有机基团R(即，R¹、R²、R³等)，该有机基团通过一个硅烷-硅氧烷连接-O-Si-C-结合至该核心的表面上，其中a)氧原子O是直接结合至该核心颗粒的一个表面金属离子上的，并且b)碳原子C(典型地sp³-杂化的)是一个疏水的间隔基B的一部分并且是直接结合至一个或两个其他的碳上。这些不同的有机基团R各自包括疏水的间隔基B以及直接附着在B上的一个亲水的有机基团R′(即＝R^1′、R^2′、R^3′等)。疏水的间隔基B可以不同于这些不同的基团R以及R′，即，B可以是＝B¹、B²、B³等。结合至碳原子C上的一个或两个碳优选地是sp³-杂化的，并且取决于B的长度，它们是B和/或R′的一部分。该涂层和/或仅有紧靠核心表面的硅烷层优选地具有一个单层的尺寸(相对于硅烷基团)。

该涂层还可以表现出疏水的硅烷基团。

疏水的间隔基B是一个纯的烃间隔基并且应该是相对较短的，例如符合

C_nH_2n-2a -(公式I)

其中，一个、两个或更多个氢有可能分别被一个低级烷基的或一个低级亚烷基的基团取代。n的范围是在区间1-10内的整数，优选1、2、3、4或5。a的范围是0、1、2、3等整数，其中a≤n。在此背景下的术语“纯”意味着B仅包含碳和氢。对于a等于0，间隔基B变为-C_nH_2n-。

在本发明的背景下，低级烷基、低级烷氧基、低级亚烷基、以及低级酰基(具体的是链烷酰基)将意味着C_1-10烷基、C_1-10烷氧基、C_1-10亚烃基或C_1-10酰基基团。如果没有其他表明，这些基团可以被多个含杂原子(杂原子O、N、S)的基团取代，如以下讨论的R₁以及R_1′。

该涂层是通过这些核心颗粒与一种或多种硅烷试剂的反应而生成。如果像在本发明的优选变体中的一种硅烷试剂仅具有一个有机基团R，该R基团将通过三个氧稳定地附着在该核心表面中的一个或多个金属离子上(R-SiO₃)。紧靠该表面的层以及还有涂层本身能够通过包括聚硅氧烷被进一步的稳定，例如，该聚硅氧烷是通过与如在标题“涂覆过程”下描述的与一个网状的反应性硅酸盐的反应被引入。一种优选聚硅氧烷典型地定义一个交联网状构造(典型地为3-D或2-D)，该网状构造有效地帮助缝补在紧靠该表面的层内的任何缺陷，由此使该核心的金属离子的释放更加困难。为了最大的稳定性，有必要使紧靠该核心表面的层和/或涂层本身是非常致密的(优选类似于紧密的装填)。

有或没有附加的硅烷基团的聚硅氧烷可以在紧靠该核心表面的硅烷层的顶部上限定一个附加层。存在于这个第二层中的一个硅烷基团典型地是通过硅氧烷连接而被连接到核心颗粒的表面上，这些硅氧烷连接在该硅烷基团的有机部分与一个核心颗粒的表面之间置入两个或更多的硅原子[-(Si-O-)_n，其中n是≥2的一个整数]。

表面金属离子的数目能够从不同的晶体状态以及各种金属氧化物中容易地导出。假设该金属氧化物是氧化钆，则表面钆离子的数目可根据下式估算：

N = \frac{4}{3 M} dπ (r^{3} - {(r - l)}^{3}) N_{A}

其中，d是氧化钆的密度(7.41g/cm³＝7.41×10⁶g/m³)，r是该核心颗粒的半径，l是最主要的晶体平面间的距离(在这种情况下(222)平面之间的距离是3.12×10^-10m)，M是GdO_1.5＝181g/mol的分子量并且N_A是阿伏伽德罗数6.022×10²³/mol。这个公式所依据的假设是，氧化钆的堆密度与纳米粒子材料的密度相似并且这些颗粒是球形的，所以它不应被作为字面上正确的而是作为一种合理的估算。

具有2nm直径的一个Gd₂O₃颗粒将具有69个表面钆离子并且对于每个钆离子包含1.5个氧离子。对于携带三个氧的一个硅氧烷连接(衍生自包括一个有机的硅烷基团以及三个烷氧基团的一种硅烷试剂)，假设对于每两个表面钆离子存在对于一个硅烷连接空位是合理的。然后，该颗粒表面的完全覆盖将要求对于一个2纳米的核心颗粒的大约34个硅原子。类似于以上的一个估算值给出在该2nm的颗粒内的钆离子的总数应该是103个。于是，对于具有完全覆盖的这个尺寸的一个颗粒，硅与钆的摩尔比(对于一个2nm的颗粒的最大Si∶Gd摩尔比或完全覆盖值)应该预期是34/103＝0.33。因此，具有一个单层硅烷的氧化钆纳米颗粒应该显示的硅与钆比是比该颗粒尺寸相关的完全覆盖值的≥50％，优选为更高的百分比，如≥80％并且甚至更高如≥90％。具有一个核心尺寸范围的氧化钆颗粒的完全覆盖值(＝最大Si∶Gd摩尔比)总结在表1中。

表1

颗粒直径(nm)	Gd离子总数	表面Gd离子数	Si原子数	最大Si∶Gd摩尔比
颗粒直径(nm)	Gd离子总数	表面Gd离子数	Si原子数	最大Si∶Gd摩尔比	2	103	69	34	0.330
3	348	175	87	0.250	2	103	69	34	0.330
3	348	175	87	0.250	4	826	329	164	0.200

5	1613	531	265	0.160
5	1613	531	265	0.160	7	4427	1081	540	0.120
10	12908	2268	1143	0.088	7	4427	1081	540	0.120
10	12908	2268	1143	0.088	15	43566	5214	2607	0.060
20	103268	9367	4683	0.045	15	43566	5214	2607	0.060

如果该涂层包括一个附加层，该附加层包括的聚硅氧烷有或没有有机的硅烷基团，以上限定的实际的硅与钆比将高于该完全覆盖值，即超过100％，但是将优选地≤1000％，如≤750％或≤500％或≤250％或≤150％。

还可对多个群组的纳米颗粒进行相似的估算，在这些纳米颗粒中这些核心颗粒是基于其他过渡金属氧化物的，如其他镧系氧化物。实质上，硅与金属离子之间的摩尔比的相同百分比区间将如同以上的氧化钆纳米颗粒一样适用。在其中一个颗粒包含二个或多个不同金属离子的情况下，这些计算必须基于这些晶体平面之间的距离，这些晶体平面对应于最主要的晶面。

上述范围适用于多个群组的颗粒，其假设是所有颗粒以平均几何直径作为直径。

在该涂层中，硅与直接结合至硅上的碳(硅烷碳)之间的摩尔比是≥1并且典型地≤10，如≤5或≤2.5，优选为≤1.5或≤1.25或≤1.1，条件是在涂覆过程中已经使用了可能与其他网状硅酸盐相结合的单烷基硅烷试剂。如果该涂覆过程已经包括与二烷基和/或三烃基硅烷试剂的反应，该比值可以＜1。这些范围特别适合于紧靠该核心表面出现的硅烷单层，即，硅原子是-O-Si-C-或-O-Si-O-连接的一部分，其中这些氧中的至少一个直接结合至该核心表面的一个金属离子上并且剩余的一个氧或多个氧(若有剩余的话)结合至另一个硅原子上。

该涂层典型地具有一个厚度，该厚度为≤10nm，如≤5nm或≤1nm或≤0.7nm，并且具有0.1nm或0.5nm的典型下限。一个单层的厚度取决于R(以及R′)的尺寸并且是典型地≤5nm或≤1nm或≤0.7nm，并且具有0.1nm或0.5nm的典型下限。在此背景下的厚度是指该群组的这些纳米颗粒的涂层的平均厚度。

在该方法中使用的一个群组的纳米颗粒(即，经涂敷的核心颗粒)典型地具有在≤20nm或≤10nm或≤6nm区间内的平均流体动力学直径(尺寸)。这些纳米颗粒的实际测量尺寸将取决于该涂层的成分以及这些纳米颗粒存在的环境，例如，该涂层可以具有在一个水性介质中膨胀的倾向(亲水的涂层)。特别优选的涂层的变体包括具有在≤7nm(如3-6nm)范围内的平均流体动力学直径(尺寸)的多个群组的纳米颗粒，以便当存在于一个患者体内时促进通过肾过滤排出这些纳米颗粒。然而，应该了解具有大于7nm(例如，高达8nm或高达10nm)的流体动力学直径的一个经涂敷的颗粒也可以由于变形而被滤出，或换言之，有效的过滤直径不必与该流体动力学直径相同。

该涂层以及这些纳米颗粒的尺寸是指通过动态光散射(DLS)在去离子水中进行的测量值。

在该方法中使用的该群组的纳米颗粒(涂覆的核心颗粒)优选地是单分散的，单分散的意义是≥25％(如≥50％，优选为≥75％或≥90％或≥95％)的这些纳米颗粒具有的尺寸是在一个尺寸区间内，该尺寸区间具有≤10nm(优选为≤5nm或≤3nm或≤2nm或≤1nm)的宽度，和/或一种尺寸分布，该尺寸分布具有≥75％(优选为≥90％，如≥95％)的纳米颗粒是在一个尺寸范围之内，该尺寸范围是平均纳米颗粒尺寸的±75％(如±50％或±25％或±10％)。对于多数在活体内应用中的优选的多个群组的纳米颗粒将具有一个尺寸分布，该尺寸分布≤10％(优选≤5％)具有≤4nm(如≤3nm或≤2nm)和/或≥6nm(如≥7nm或≥8nm或≥9nm或≥10nm)的多个纳米颗粒。不是单分散的纳米颗粒群组是多分散的。

涂层的有机部分

本发明的亲水的涂层典型地表现出多个极性官能基团，这些官能基团包含一个或多个选自氧、氮、硫、以及磷的杂原子。这些杂原子可以存在于一、二以及三价官能团中，如醚、硫醚、羟基、羰基，例如，羧酸以及其盐、酰胺以及其酯、脲基、氨基甲酸酯、酮类等，膦酸以及其盐、酯类以及其酰胺类，磺酸以及其盐、酯类以及酰胺类，砜等。以上提到的杂原子的数目与一个亲水的涂层中的碳原子的数目之比(“亲水性比”)典型地是≥0.2，如≥0.3，不包括来自疏水的间隔基B的贡献。包含多种亚结构(在该亚结构中存在选自或者单独或互相结合的酰胺、羟基和/或重复的亚乙基氧基团中的一个或多个基团)的多个涂层结构由于它们的极性性质具有特殊的值，该极性性质允许它们与大量的水分子结合，这些水分子将对这些颗粒的弛豫率具有有利的作用。对于包含两个或多个这些基团(例如，相同种类或不同种类)的多个亚结构，在相邻的多个基团的杂原子(氮和/或氧)之间应存在有零个、一个、二个、三个、或四个原子的一个连接，这样一个连接典型地包括一个、二个或三个碳原子。优选这种亚结构包含一个、三个、四个或更多酰胺基团和/或以及一个、三个、四个或更多个羟基团。

这些官能基团以及以上对于该涂层的提到的亲水性比的范围也固然适用于亲水的有机基团R′，该有机基团R′是有机基团R的一部分。因此，亲水的有机基团R′典型地包括一个碳链，该碳链在一个、两个或多个位置上：a)被包含一个杂原子(O、N、S以及P)的一个至少二价的官能基团中断，和/或b)包括一个碳，该碳：(i)被一个羟基或一个低级烷氧基或一个低级羟氧烷基团、或氨基或代氨基取代，如低级C_1-10烷氨基(一-、二-以及三烷氨基)，(ii)构成该碳链的一个分支点以及一个分支基团，该分支基团包括多个结构元素，这些结构元素选自与可能存在于该亲水的有机基团中的结构元素相同的结构元素。亲水的有机基团R′可以是直的、分支的、或环的。该低级烷基的以及低级烷氧基的基团可以被多个含杂原子的官能基团取代，例如，如以下讨论的R₁以及R_1′。

亲水的有机基团R′是通过a)一个二价的含杂原子的官能基团，或b)直接结合至一个杂原子上的一个sp³-碳原子附着在间隔基B上。这些连接基团都被认为是亲水的基团R′的一部分。

典型地至少二价的官能含杂原子基团是醚(-O-)、硫醚(-S-)、以及酰氨基(-CO-NR₁-，-NR₁-CO-)，其中R₁具有如以下给出的相同的含义，并且是以上给出的这些官能基团以及以下给出的这些基团X的至少二价的形式。

在一个亲水的基团R′中，每个sp³-杂化的碳典型地结合最多一个杂原子(O、N或S)。

在亲水的基团R′中的以上讨论的碳链典型地具有最多35个原子，这些原子以串联的形式彼此相连(包括碳以及中断的杂原子)。

该涂层优选地表现出多个带电基团，从而给出这些纳米颗粒的一个净电荷以防止它们在溶液中聚集。应该选择这些电荷的数量以及种类，以给出在无盐的水(去离子水)中的该群组的纳米颗粒的≥20mV(如≥30mV)的绝对Z电位。这些带电基团可以选自负和/或正带电基团，优选为前者。优选的负带电基团(阴离子)的实例是：羧基/羧酸根(-COOH/COO^-)、膦酸根(-PO₃ ^2-/-PO₃H^-/-PO₃H₂)、磺酸根(-SO₃ ^-/-SO₃H)，其中，自由价结合至碳，优选为sp³-杂化的碳。正带电基团(阳离子)的实例是：不同的铵基团，如伯、仲、叔以及季铵基团，优选为季铵基团，因为它们在在活体内应用中在全部感兴趣的pH区间都是带电的。这些带电基团是优选地存在于一个或多个不同的亲水的有机R′-基团的至少一个之中。

带电的R′基团与不带电的R′基团之间的摩尔比(对于一个群组的颗粒)的平均值典型地是≥0.05，如≥0.1或≥0.5，并且≤20，如≤10或≤2，优选地相对于带负电的与不带电的R′基团之间的比。

在该方法的优选变体中，在R中的亲水的基团R′是选自符合以下公式的基团：

-(ACH₂CH₂)_p(OCH₂CH₂)_mA’_o(CH₂)_n·X (公式II)

其中

a)n′是0至15的一个整数，优选1至5，

b)m是0至10的一个整数，优选2至5，

c)o以及p是相等的或不等的整数0或1，其条件是当m是0时它们中的一个优选地是0；

d)A以及A′是如以上定义的含杂原子的二价的官能基团，杂原子选自氧、氮以及硫，优选醚、硫醚以及氨基，并且

e)X选自羧酸烷基酯类、膦酸烷基酯类(一和二烷基)、磺酸烷基酯类、N-烷基酰胺类(一和二烷基)、N-烷基膦酸酰胺类(一和二烷基)、N-烷基磺氨类(一和二烷基)、烷基醚类以及对应的多种水解形式。

因此基团X可以选自-COOR₁、-PO(OR₁)(OR_1′)、-SO₂(OR₁)、-CO(NR₁R_1′)、R₁CO(NR_1′-)、-PO(NR₁R_1′)、R₁PO(NR_1′-)、-SO₂(NR₁R_1′)、R₁SO₂(NR_1′-)、以及-OR₁。在不同的X中的R₁和R_1′独立地选自氢以及直的、分支的或环的C_1-10烷基，该烷基可任意地携带(＝被取代)一个或多个羟基和/或氨基团并且/或包含一个碳链，该碳链在一个或多个位置被一个插入的杂原子中断，该杂原子选自氧、氮或硫或在本说明书中给出的类型的一些其他的至少二价的含杂原子的官能基团。

亲水的基团R′还可以包含一个或多个分支，这些分支通过用符合公式II的一个基团替代公式II中的一个或多个氢而获得。

优选的亲水有机基团R′以及组合物是：

a)单独或与-CH₂CH₂COOH结合的-CH₂CH₂COOCH₃和/或-CH₂CH₂COOCH₂CH₃，

b)单独或与-CH₂CH₂PO(OH)₂结合的-CH₂CH₂PO(OCH₂CH₃)₂和/或-CH₂CH₂PO(OCH₃)₂，

c)单独或与-CH₂CH₂COOH、和/或-CH₂CH₂PO(OH)₂和/或-CH₂CH₂SO₃H相结合的-CH₂CH₂(OCH₂CH₂)_nOH(n＝整数1-5)和/或-CH₂CH₂(OCH₂CH₂)_n″OCH₃(n″＝整数1-5)，

d)-CH₂CH₂CH₂NHCONHR₁，其中R₁具有与以上优选的-CH₂CH₂OH相同的意思。

本发明的涂层的目的是改进这些核心颗粒相对于释放金属离子的倾向的稳定性。因此，在一个实施方案中，本发明的纳米颗粒应该具有在水性介质中减小的金属离子的释放，给予它们与未涂覆的形式(无覆盖的形式、核心形式)的颗粒相比至少是相同的寿命或至少150％，如至少200％或至少300％的更长的寿命。这些比较是在相同的条件下获得的结果之间进行的，这些条件如在实验部分所描述，在实验部分中，寿命时间被测量为当存在于一种水性悬浮液中时这些核心颗粒的金属氧化物的一种或多种过渡金属离子的浓度/数量减小至开始浓度/数量的50％的时间(半衰期，t_1/2)。

该涂层可以包括或不包括一种所谓的靶向基团(用于靶向一种生物材料的某些结构)和/或一种所谓的标签基团(例如，一种荧光的或发光的基团)。无意用于靶向或用于包括标签检测的分析用途的纳米颗粒的涂层典型地是没有多肽结构、核酸结构、脂类结构、多糖结构、和/或共轭双键的系统，如芳香族系统以及α-β不饱和羰基结构。

有待用作一个动物的体内或其一个器官内的造影剂并且通过血液循环给予的纳米颗粒应该能够在血液循环中保持足够的时间以使所希望的图像被记录下来。精确的所希望的寿命将取决于有待成像的身体/器官的部分以及物种，如人类、小鼠、大鼠、兔子、豚鼠、等。作为一个一般性指导，这种合适的寿命(t_1/2)被发现典型地是在≥5分钟的区间内，如≥10分钟、或≥30分钟或≥1小时或更多，寿命(t_1/2)的上限典型地是2小时、24小时、48小时、62小时或更多，特别强调在48小时内从已经给予纳米颗粒的活体内的≥80％，如≥90％或≥99％的清除率。

组合物

在本说明书中说明的有待用于显像的纳米颗粒群组的组合物构成本发明的第二个主要方面。在这些组合物中，该群组的纳米颗粒是：A)与一个缓冲系统(例如，生理可接受的)，和/或与一个适当的非缓冲系统(例如，生理可接受的)、和/或一个碳水化合物(如，一或多糖(包含一个、两个、三个或多个单糖单元))进行混合，和/或B)在干粉末的形式或在液体(例如，水性液体，如水)中分散。粉末形式可以通过包含这些颗粒以及适合的液体介质一个分散体的冻干、空气干燥、喷雾干燥等获得。本发明组合物的粉末形式典型地是在液体中可分散的，这些颗粒将在该液体中使用。

这类液体典型地是生理上可接受的和/或水性的(例如，水)。有待包括在液体分散介质中的或干燥形式(例如，粉末形式)的组合物中的潜在有用的缓冲系统的实例以2-吗啉代-乙烷磺酸(MES)、A-(2-羟乙基)哌嗪-l-乙烷磺酸(HEPES)、以及三羟甲基甲胺(TRIS)来说明。磷酸盐缓冲液可能对这些颗粒有不利影响，并且如果使用的话可能要求比其他缓冲液更稳定的涂层。应避免增强聚集和沉淀的缓冲剂。适合的碳水化合物是可溶于水的，如，葡萄糖、乳糖、蔗糖、海藻糖等。

该组合物还可以包括其他成分，如，包括其他纳米颗粒的一个或多个群组的其他颗粒。

在这些创新性组合物的分散的变体中(例如，将纳米颗粒分散在生理上可接受的水性液相中)，存在于核心颗粒中的金属氧化物的金属离子的最佳总浓度可以达到≥10mM，优选增加为≥50mM或≥100mM或≥500mM或≥1M。上限是4M或10M。可以设想甚至更高的浓度。在纳米颗粒的金属离子的浓度为0.5M时，在本发明的方法中有待使用的组合物典型地具有的粘度为≤50mPas，如≤25mPas或≤15mPas，即，如果该组合物是一种液态分散体而其中的金属离子的浓度超过0.5M，这个范围的粘度在稀释至0.5M时是可实现的。对于手工的静脉丸注，重要的是粘度不大于25mPas，这是实际极限。为了实现这一点，重要的是涂层为最佳薄度，以使颗粒制剂与高浓度的要求相符合而又与低粘度相结合。对于许多造影剂而言，当在可注射的剂型/组合物中的造影剂颗粒/分子的体积分数是大约30％时，达到了这个极限。对于具有5nm直径的Gd₂O₃核心(根据表1包含1613个Gd离子)以及2nm涂层的一种颗粒制剂，对于纳米颗粒的金属离子为1M的分散体我们仅得到了大约5％的体积分数。这非常有利地超过了经典的大分子造影剂，该造影剂的钆螯合物是结合在一个大分子上并且这些结构在紧凑性上远低于本发明的纳米颗粒。

本发明的造影剂的另一个优点是渗摩尔浓度可以实质性地低于(特别是)马根维显(GdDTPA)，马根维显的渗摩尔浓度高达1960mOsm。对于一种颗粒造影剂，渗摩尔浓度将不再非常依赖溶液中的颗粒的总数而是配制剂中的未结合水的分数。当颗粒的体积分数低于5％时，有可能一定量的渗透活性小分子(例如，乳糖)必须被加入配制剂中，使该配制剂与血液(285mOsm)是等渗的，这将对患者有利。

本发明的组合物的分散形式的其他特征为该水性液相是：a)与该组合物有待给予的在活体内的血液是等渗的，并且b)没有二甘醇(DEG)以及来自核心颗粒的制造和/或来自涂覆过程的不可接受的反应物的残余物、副产物和/或溶剂。术语“没有”是指在该组合物中的这种污染物的水平是在限度之内，这些限度是由一个监管机构(如美国的FDA或在日本或欧洲一个或多个国家中对应的权力机构)对这种化合物所批准的限度。对于DEG，这个限度可能是低于该组合物的0.2％，该限度是旨在用于人体摄入的组合物中DEG的上限。

该组合物的某些变体的特征在于该组合物被适配为用于给予在本说明的其他地方讨论的物种的一个活的个体。对于动物，这包括通过注射以分散的形式给予组合物，例如，通过静脉内给药例如给至该个体的循环系统。

该组合物的进一步的特征与该涂层以及这些核心颗粒的特性一致。

对于在此描述的金属氧化物纳米颗粒，有可能从一种水性样品获得一个质子MR信号，该信号具有对于Gd³⁺-DTPA所获得的信号的至少50％的幅值，如至少100％。可以设想甚至更高的MR信号，如对应的Gd³⁺-DTPA信号的至少150％、或至少200％、或至少300％或更多。相对于弛豫率(1/T₁和/或1/T₂)，有可能实现的值为对于Gd³⁺-DTPA所获得的弛豫率的至少50％，如至少100％或至少150％或至少200％。该比较是对相同的Gd(III)-浓度并且在其他方面在如试验部分所展示的相同条件下获得的值来进行的。的对于比值r₂/r₁可实现的值是≤2，如≤1.5或≤1.3。

当处于对一个顾客交货的形式时，该创新性组合物典型地在超过30天的期间中是稳定的，如超过一年。在此背景下的稳定性主要是指在所提及的时间段内a)该组合物的纳米颗粒中的金属离子含量的降低，和/或b)该涂层阻碍金属离子释放的能力的降低。对于(a)，这意味着在时间段的结束时的纳米颗粒的金属离子含量是大于在时间段的开始的含量的80％(优选≥90％，如≥95％或≥99％)，并且对于(b)，在所指的时间段之后的纳米颗粒的半衰期(t_1/2)是≥10小时，如≥24小时(一天)或≥5天或≥7天或≥15天，优选地≥30天或≥1年。测量是如在实验部分中所概述。

涂覆过程

有待在该方法中使用的涂敷纳米颗粒的制造是本发明的第三个主要方面。制造过程包括两个主要路径：a)一步式路径，包括使用一种硅烷试剂(涂覆前体)来直接在该核心颗粒上引入一个希望的有机基团R，以及b)多步式路径，利用包含有机基团的一种硅烷试剂(＝涂覆前体)，该有机基团需要在随后的步骤中进行改性以获得最终涂层所希望的基团R。根据多步式路径的引入包括步进式引入，该引入包括二个或多个步骤以获得最终涂层希望的R基团。该制造方法可以包括两个路径的组合，即，该涂层的某些R基团是根据一步式路径引入而其他R基团是根据多步式路径引入。我们已经发现，一步式路径是优选的，例如，所使用的至少一种或尽可能多的硅烷试剂(涂覆前体)应该根据一步式路径工作，即根据以下的(b2)。

涂覆过程是用于对一个群组的核心颗粒进行涂覆的方法，这些核心颗粒在它们的表面包括如在第一方面讨论的金属氧化物。该方法包括下列步骤：

(i)提供所述群组的核心颗粒，

(ii)使该群组的核心颗粒与一种、两种、三种或更多种不同的硅烷试剂相接触(涂覆前体)，每种硅烷试剂表现出：

a)一个反应性基团，该反应性基团包括该硅烷试剂的硅原子，如一个烷氧基硅烷基团，以及

b)一个有机基团，该有机基团

b1)不同于这些不同的硅烷试剂，

b2)是该最终涂层的一部分(即等于一个R基团)，或

b3)是可变换成这样一部分的(可变成一个R基团)，并且

(iii)对该有机基团进行变换，该有机基团：

a)源自类型(b3)的已经在步骤(ii)中使用的硅烷试剂，并且

b)已经变成附着在步骤(ii)中所述表面上的所述涂层的一部分(＝所述涂层的一个有机基团R)。

该反应性基团能够通过一个-O-Si-C-连接使该试剂的有机基团附着在核心表面上，其中氧原子变成附着在一个核心颗粒的一个表面金属离子上并且该碳原子是该硅烷试剂的有机基团的一部分。该反应性基团典型地是与这些反应性基团相同的类型，这些反应性基团在以下讨论的网状的试剂中由X₁、X₂、X₃以及X₄来定义。步骤(ii)是在允许这种附着的条件下发生。

这些反应条件是在本领域中所熟知的并且可以包括在一个三烷基胺存在下的水解条件和/或用微波处理该反应混合物的以便局部地加热这些颗粒。微波可以优选用于生成直接附着在这些核心颗粒的表面上的硅烷基团的单层。

在一个优选的变体中，该方法包括

(a)这些硅烷试剂的至少一种是

(i)根据(b2)的并且具有一个带电基团，优选地是一个负的带电硅烷基团，或

(ii)是根据(b3)的并且具有一个带电的或不带电的硅烷基团，该不带电的硅烷基团有待被变换为最终涂层的一个带电的硅烷基团，优选地一个负的带电硅烷基团，并且

(b)这些剩余的硅烷试剂中的至少一个是根据(b2)的并且是不带电的或是根据(b3)的并且具有一个不带电的或带电的硅烷基团，该硅烷基团有待被变换为最终涂层的一个不带电的基团。

组(a)的硅烷试剂与组(b)的硅烷试剂之间的摩尔比典型地是≤20，优选地≤1，并且≥0.1，如≥0.5。与这些不同的硅烷试剂的反应优选地是在它们的至少两个(至少一个组(a)以及至少一个组(b))在竞争(同时)下进行。

在该涂覆过程中使用的至少一种硅烷试剂可以包括一个有分支的有机基团。这样一个基团的至少一个分支可以是带电的，例如带负电的。

在该方法中使用的这些硅烷试剂具有一个硅原子，该硅原子优选地携带：

a)三个反应性基团，每个反应性基团能够在核心颗粒的表面中的硅与一个金属离子之间生成一个硅氧烷连接，以及

b)一个硅烷基团(单烷基硅烷)。

这些反应性基团可以选自与以下讨论的四反应性硅酸衍生物中的反应性基团相同的那些。优选性是相同的。

在本发明的其他不太典型的硅烷试剂中，可以存在分别与三个或两个硅烷基团相结合的一个或两个反应性基团。

在步骤(ii)中使用的至少一种(优选所有的)硅烷试剂中的硅烷基团包括直接附着在硅原子上的一个疏水的间隔基团以及优选地附着在这个间隔基团上的一个亲水的有机基团。这个间隔基团以及亲水的有机基团可以选自与该涂层的R、R′以及B中可能存在的结构元素相同的结构元素。在优选的情况下，一种硅烷试剂的间隔基团以及亲水的有机基团分别与最终涂层的B以及R′相同。

对于这些不同的硅烷试剂，步骤(ii)可以是顺序的或同时进行的(＝竞争的)。同时的反应包括部分重叠，即，后面的硅烷试剂的一部分可以在前面的硅烷试剂已经全部反应之前被包括在反应混合物中，例如，将后面的硅烷试剂的一部分与起始的硅烷试剂一起加入。

做出一种希望的硅烷试剂的一个合成策略是将对应的硅烷、(XO)₃SiH在一个催化剂(如，Speier催化剂(H₂PtCl₆6H₂O)或更好的由Mioskowski et al.在Org.Lett.2002，4，2117-2119中报告的PtO₂)的存在下加入到一个适当的不饱和化合物中，如，丙烯酸甲酯(CH₂CHCOOCH₃)或对应的磷或硫的类似物。在某些情况下，作为该前体的合成中的最后步骤加入含有的硅的部分(moiety)可能是有利的，而在其他情况下，在引入硅原子之后进一步精心制作结构可能是更方便的。另一个选择是将氯硅烷Cl₃SiH用于加到双键上，随后用一种醇来取代以产生对应的硅氧烷。

典型地，一个单烷基硅烷试剂将给出一个涂层，该涂层是交联进入一个硅网，它覆盖核心表面，但是因为该核心的表面不必与全部需要的硅氧烷的几何形状相配合，所以它将包含一些缺陷。为了稳定该涂层防止降解，引入一个交联剂(如，与亲核体四反应性的硅酸衍生物)以便将尽可能多的缺陷缝合。将涂覆前体与四反应性硅酸衍生物连接成一个网状结构的化学反应是硅羟基团(SiOH)自发的缩合成二聚物(SiOSi)的反应，伴随有水分子的损失。

因此，这些颗粒可以平行地(竞争地)与步骤(ii)或在步骤(ii)之后(顺序地)与硅酸的一个网状的四反应性衍生物反应以生成一个稳定的聚硅氧烷框架。典型的这种网状试剂具有通式Si(X₁、X₂、X₃、X₄)，其中，当根据该公式结合至硅上时，每个X表示一个混合的酸酐功能、一个酰基卤功能、一个硅酸的酯功能或硅酸的任何其他功能，它能够提供在前文讨论的缩合反应。包括结合至Si上的X基团的反应性基团典型地应该是羟基-反应性的以便提供一个Si-O键。换言之，X中的两个、三个或四个可以是相同的或不同的，使它们中的每一个是选自卤素(如F、Cl、Br和I)、烷氧基(如低级烷氧基)、以及酰氧基(如低级酰氧基)，例如酰基是脂肪酸酰氧基(链烷酰基)。这种类型的典型试剂是四甲氧基原硅酸酯(TMOS)以及乙氧基原硅酸酯(TEOS)。

显像技术

用于生物材料显像的本发明的方法对磁共振成像(MRI)是特别有利的，而且也可以适用于利用造影剂的其他成像技术，例如，计算机X射线断层照相术(CT)、近IR荧光成像、正电子发射发射光谱法(PET)、显微术等。有利的是，因为存在具有比碘更高的摩尔X射线衰减的顺磁金属氧化物(如，氧化钆)，本发明的这些颗粒还可以被用作X射线造影剂。

至此，据本发明的颗粒以及组合物是在将它们用作产生T₁-加权MR图像的正造影剂时已经实现了其最大的优点。

成像步骤(ii)优选是在以上给出的区间内的一个给定的空间分辨率的条件下进行。

生物材料可以是源自死的或活的材料的组织材料、单细胞以及其他细胞样品、器官等。该材料可以源自生物体，如植物、脊椎动物以及无脊椎动物、微生物、等。典型的脊椎动物是包括人类的哺乳动物、鸟类、等。

步骤(i)是根据本领域所熟知的原理进行的。

对于有待在存在于正常动物(包括人类)或器官中时进行显像的生物组织材料，步骤(i)典型地意味着这些纳米颗粒以分散体的形式通过血管(经动脉或经静脉)注入。对于正常动物，其他路径也是有用的，例如，颈肌肉、口服(当经过胃时为了保护纳米颗粒应采取适当措施)、经腹膜腔给药等。给予的纳米颗粒的量取决于将要显像什么，例如，显像一个机体的较大部位或一个器官典型地要求比较小部位更大的量/剂量。动物典型地是脊椎动物，如哺乳动物、鸟类、两栖动物、鱼等，特别包括人类以及各种家畜(包括宠物)。

核心颗粒的群组

术语“核心颗粒”包括一个单独的核心颗粒但还包括一个核心，该核心被解释为在最终纳米颗粒内结合在一起的一个或多个核心颗粒(＝群)。如果从上下文没有其他明确说明，术语“核心”以及“核心颗粒”被用作同义的。

单个的核心颗粒至少在它们的表面上暴露出金属氧化物，该金属氧化物包含如以上讨论的过渡金属离子，优选该过渡金属离子是一个镧系元素(+III)，如钆(III+)。由一个具体的过渡金属离子的金属氧化物定义的晶格还可以包含其他元素，如其他过渡金属离子和/或阴离子，这些元素分别取代该晶格的具体的过渡金属离子和O^2-。硫化钆的混合物可以改进在水性环境中这些颗粒的稳定性。可以设想加入其他顺磁离子(例如，铁和/或顺磁稀土金属离子)和/或其他镧系元素，以改进这些颗粒的弛豫特性。加入较少量的硅酸盐、钒酸盐、锆酸盐、或钨酸盐能够以一种有利的方式影响这些颗粒的尺寸分布。

典型地，在这些核心颗粒中的顺磁金属离子(如，像钆(+III)的镧系元素(+III))的摩尔含量是大于在核心颗粒中的过渡金属离子或顺磁金属离子的总含量的50％(如≥75％或≥90％或≥99％)。进一步参见以上引用的我们的共同未决美国临时申请以及与本说明书同时提交的对应的国际申请。对于非顺磁性的添加剂的纯度可以是至少80％(w/w)。对于顺磁金属离子的纯度是过渡金属离子的总含量的至少80％。

发现适合的过渡金属是在族3b的Sc、Y、La；族4b的Ti、Zr、Hf；族5b的V、Nb、Ta；族6b的Cr、Mo、W；族7b的Mn、Te、Re；族8的Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt；族1b的Cu、Ag、Au；族2b的Zn、Cd、Hg；以及包括在族3b中的镧系元素(La以及元素58-71)和锕系元素(Ac，元素89-103)中的元素。

如果没有其他说明，在本发明的上下文中使用的术语“镧系元素”(Ln)与术语“稀土金属”是同义的。因此，该术语包括除被认为是元素57-71的实际镧系元素以外的钪(Sc)、钇(Y)。

当处于氧化物的形式时，过渡金属优选地应该能够表现出顺磁性和/或铁磁性。前者的实例具体的是在镧系元素中发现的，如钆。后者的实例具体的是在族8中(Fe、Co以及Ni)发现的。

所使用的该群组的未经涂敷的核心颗粒是小于对应的经涂敷的变体并且典型地具有一种平均几何直径(尺寸)，该平均几何直径是在≤20nm或≤10nm或≤8nm的范围内，优选为≤6nm并且最理想的是在1与5nm之间。这些区间的下限是典型的0.5nm或1nm。测量是如在实验部分中所描述。

该创新性组合物的单独的核心应优选地包含以上讨论的金属氧化物的一个或多个单晶体结构阈(＝结晶度)。这不排除一个创新性群组的纳米颗粒可以包含具有非晶态结构的核心颗粒与包括晶体结构核心颗粒在一起或在同一核心颗粒中包括两种结构。因此，在本发明的方法中使用的一个典型的组合物中，这些核心颗粒的至少10％，如，至少25％或至少50％或至少75％包括晶体结构。可以设想，在优选的变体中，100％或接近100％的一个群组的核心表现出晶体结构，即≥75％，如≥80％、≥90％。

术语“晶体结构”包括类晶体结构，在类晶体结构中，由于小颗粒中大份数的表面原子使晶格从理想的主体结构有些变形，或在类晶体结构中，这些颗粒包含典型的晶体缺陷，如，点缺陷、线缺陷(像螺型位错以及刃型位错)、或不同的面缺陷。

根据本发明的一个组合物的纳米颗粒可以是有孔的或无孔的。无孔隙性具体应该适用于经涂敷的颗粒的金属氧化物核心。根据本发明的一个组合物可以包含一定的纳米颗粒，在这些纳米颗粒中有孔的以及无孔的核心都存在。孔隙率指水和/或其他液体渗入核心/涂层的能力。

这些核心颗粒本身能够根据金属氧化物纳米颗粒的已知原理来合成。例如，见

et al，J Colloid Interface Sci.288(20059140-148；Feldmann，Adv.Funct.Mater.13(2003)101-107；Bazzi et al，102(2003)445-450；Bazzi et al，J Colloid Interface Sci.273(2004)191-197；Louis etal，Chem.Mater.17(2005)1673-1682；Pedersen et al，Surface Sci.592(2005)124-140；WO 20050088314(Perriat et al)；WO 2006031190(Uvdahl et al)；以及US 2004 0156784(Haase et al)；US 6638494(Pilgrimm et al)。

原则上，合成路径包括以下步骤：(i)在适当的溶剂中混合并且溶解所希望的金属离子的一种可溶性盐(例如，卤化物或硝酸盐)以及一种适当的氢氧化物(例如，金属氢氧化物，如LiOH和NaOH)，(ii)形成晶核(成核作用)，以及(iii)晶体生长。该溶剂应选择为使得与起始的盐和氢氧化物的化合物相比，所希望的金属氧化物是不溶的。不同的步骤是在将混合物加热至一定温度时进行的，在不同的步骤之间该温度典型地是不同的。典型地，当步骤(ii)正在进行时开始步骤(iii)。这些颗粒的尺寸、尺寸分布以及形态(例如，结晶)将取决于温度、浓度、培养时间、添加剂等。见实验部分以及引用的公开文件。

通过在一个流动系统中进行这三个步骤已经实现了将在本发明中使用的核心颗粒的制造有希望的初步结果，该流动系统包括用于步骤(i)的一个第一区域、用于步骤(ii)的一个第二区域以及用于步骤(iii)的一个第三区域并且在该过程中按给出的顺序通过这些区域传送反应混合物。个别的区域可以具有或不具有分离的温度控制功能，从而允许如果必要时对一个区域的独立加热。该过程可以用一个连续的方式进行。使用小型化的流动系统将更有助于更好的控制限定晶体生长的变量，并且因此对于获得具有所希望的尺寸、尺寸分布以及形态(例如，晶体结构)的颗粒是重要的。一个小型化的流动系统包括一个微通道，反应在该微通道内进行。微通道典型地具有至少一个≤1mm的截面尺寸。

使用一个流动系统的重要优点是a)它可以很容易地被设计为给出高生产率，例如，通过以连续的方式运行该系统和/或并行两个或更多系统/微通道，以及b)它有助于控制过程变量并且因此使它容易地获得预定质量的核心颗粒。

用于制备例如金属氧化物的纳米尺寸颗粒的流动系统以前已经被描述。见Kawa et al.，J.Nanoparticle Res.5(81-85)2002；deMellow J.&A.，Lab Chip 4(2004)11N-15N(review)；Tanaka et al.，Org.Lett.9(2007)299-302。

上述的用于制造核心颗粒用于以经涂敷的或无涂层的形式用作生物材料显像的造影剂的流动过程组成了本发明的第四个主要方面，而特别强调1^st至3^rd方面的不同形式。

实验部分

氧化钆颗粒

出人意料地，已经证明：该颗粒合成过程的可靠性以及可重现性是有利的，以避免这些被加热并且碱性的溶液与空气接触。这改进了所制备的颗粒溶液的颜色，使其从褐黄色变为无色或最多是浅黄色。同样，增强了该过程的可重现性，并且电子显微镜表明这些晶体是更规则的并且显示了良好发展的晶面。这些晶体的更轮廓分明的表面将使该涂层更规则并且因此能够更好的稳定这些晶体。我们还发现，将Bridot et al.，J.Am.Chem.Soc.2007，129，5076-5085描述的过程中氢氧化钠用氢氧化锂来取代是有利的。意外地，这进一步增加了具有良好发展表面的晶体的分数。

实例1：用氢氧化钠合成DEG涂覆的Gd₂O₃颗粒

在配备有磁性搅拌棒的一个圆底烧瓶中，将二甘醇(DEG，30ml)与NaOH(0.3g，7.5mmol)在氮气流下搅拌30分钟。首先在研钵中压碎NaOH粒料，并且然后加入需要的量。有力地搅拌该混合物，并且将该烧瓶在一个预先加热的油浴中浸泡30分钟。然后固体被溶解。然后移开该热浴。在一个分离的烧瓶(同样具有氮气气氛和磁性搅拌)中，通过加热至140℃在氮气下保持1小时使GdCl₃·6H₂O(2.23g，6mmol)溶解在DEG(30ml)中。混合物的温度升至180℃并且将氢氧化钠溶液作为一个部分加入。用力搅拌该溶液并且在180℃保持4小时，并且然后允许在氮气下冷却。

实例2：用氢氧化锂合成DEG涂覆的Gd₂O₃颗粒

在配备有磁性搅拌棒的一个圆底烧瓶中，将二甘醇(DEG，30ml)与LiOH(0.18g，7.5mmol)在氮气流下搅拌30分钟。用力地搅拌该混合物，并且将该烧瓶在一个预先加热的油浴中浸泡30分钟。然后固体被溶解。然后移开该加热浴。在一个分离的烧瓶(同样具有氮气气氛和磁性搅拌)中，通过加热至140℃在氮气下保持1小时使GdCl₃·6H₂O(2.23g，6mmol)溶解在DEG(30ml)中。混合物的温度升至180℃并且将氢氧化钠溶液作为一个部分加入。用力搅拌该溶液并且在180℃保持4小时，并且然后允许在氮气下冷却。

氧化钆铽纳米颗粒

合成过程：

通过使用由Bazzi et.al.(J.Colloid Interface Sci.273(2004)191-197)开发的一个改进的“多元醇”方法过程合成掺杂铽的氧化钆纳米颗粒。对于5％Tb掺杂的Gd₂O₃，将5.7mmol的GdCl₃·6H₂O和0.3mmol的TbCl₃·6H₂O分散在30ml的二甘醇(DEG)中，强烈地搅拌并且在140-160℃下在硅油浴中加热1小时。随后添加溶解在30ml DEG中的7.5mmol的NaOH。在这些化合物完全溶解之后，该溶液在180℃在强烈的搅拌下回流4个小时，生成黄绿色的透明悬浮液。为了合成20％Tb掺杂的Gd₂O₃，同样遵循以上过程，但除外添加NaOH溶液(而是加入1.1mmol的TbCl₃·6H₂O)。为了获得这些颗粒的封闭的粉末形式，首先将如此合成的悬浮液在40℃离心过滤(0.22μm)30分钟直到流体全部收集。进行这个步骤来去除这些颗粒的任何大尺寸的聚集。该过滤的悬浮液在搅拌下加热至140-160℃，并且将与1.5mmol的一水柠檬酸(CA)或烟碱二酸(NA)一起溶解在少量的DEG中1mmol的NaOH加入。然后将该溶液在180℃在强烈的搅拌下回流30分钟，生成淡白绿色的分散体/沉淀物。在甲醇中冲洗并且离心过滤几次然后在真空下干燥之后，收集到一种白色的粉末。

掺杂Tb的纳米颗粒的表征

用铽元素掺杂的合成的稀土氧化物Gd₂O₃具有大部分的圆形的颗粒，这些颗粒的直径的平均尺寸为3-7nm，如在高分辨率透射电子显微镜的显微照片(TEM)上所显示。这些颗粒显示出规则的晶格，示出了在一个非晶态背景上重叠的多个(222)面(

)。与柠檬酸(CA)或烟碱二酸(NA)沉淀之后获得的粉末在扫描电子显微镜(SEM)下显示出了不同的形态。CA封闭的纳米颗粒显示出有孔的海绵状结构，而NA封闭的纳米颗粒出现了具有多个开放腔的像附聚的球形结构。

用X射线光电子光谱法(XPS)和能量弥散X射线光谱法(EDX)分析了Tb的掺杂程度和这些纳米颗粒的化学成分。发现掺杂了5％Tb和20％Tb的Gd₂O₃的Tb与Gd的原子比分别是0.055±0.004以及0.226±0.031。这些结果进一步显示出Tb仅以一种离子存在，所起的作用是氧化钆颗粒的一种掺杂剂。通过XPS和IR分析均证实了DEG、CA以及NA的成功涂覆。

该粉末的光致发光(PL)光谱与类似的纳米颗粒的更早的研究结果一致，即在266nm激发时在460nm与640nm之间的四个发射峰(Louiset al.，Chem.Mater.17(2005)1673-1682)。

这些纳米颗粒能够如在本发明书的其他地方所述进行共价涂覆，例如，在随后的专利实例中研究的对于含铁的纳米颗粒所说明的不同双官能硅烷。

氧化钆铁纳米颗粒

合成过程：

该过程实质上如以上引用的公开文件中的概述。

参照颗粒(未掺杂的Gd ₂ O ₃ 纳米颗粒)：将2.71g的Gd(NO₃)₃或2.2g的GdCl₃(6mmol)溶解在30ml的DEG中并且在回流下加热并且伴随磁性搅拌。然后，对于Gd(NO₃)₃在95℃并且对于GdCl₃在140℃下将30ml的DEG中的0.3g的NaOH(7.5mmol)加入。然后该反应被允许在140℃下进行1小时，随后温度升至180℃进行4小时。

Fe掺杂的Gd ₂ O ₃ 纳米颗粒：将硝酸钆Gd(NO₃)₃·6H₂O(1.9mmol)、Fe(NO₃)₃(0.1mmol)、NaOH(2.5mmol)以及去离子水(六滴)加入到大约15ml的二甘醇(DEG)中(掺杂级(Fe/(Fe+Gd))＝5％)。将该混合物搅拌并且加热至140℃。当反应物溶解时，温度进一步增加到180℃并且保持恒定4小时。形成一种沉淀物，通过离心过滤并且用甲醇冲洗几次来将其分离。

可以用GdCl₃替换Gd(NO₃)₃，这可能会产生更小的纳米颗粒。

通过在反应混合物中将Fe/(Fe+Gd)之比增加至10％、20％以及50％，所获得的纳米颗粒的掺杂级也对应的增加。

钙钛矿(perovskite)Gd ₂ O ₃ 纳米颗粒(Fe掺杂级50％)：将1mmol的GdCl₃·6H₂O以及1mmol的FeCl₃·6H₂O加入10ml的DEG中并且加热。当温度达到180℃时，将6mmol溶解的KOH加入10ml的DEG中。温度进一步升至210℃并且在这个温度保持4小时。形成了一种黑褐色的沉淀，通过离心过滤并且用甲醇冲洗几次来将其分离。将一定量的样品在800℃在空气中焙烧3小时。将离心的上清液在500℃加热4小时，并且用去离子水冲洗获得的褐色粉末。

X射线衍射图(XRD)显示出在不同量的颗粒材料(特别是从等摩尔量的GdCl₃和FeCl₃获得的材料)中可归因于钙钛矿、石榴石以及正常的Gd₂O₃晶体结构的存在的峰值。XRD测量在Philips APD粉末衍射仪上进行，使用辐射(

40kV，40mA)以及4s/步的2θ中的0.025°的步长CuK_a。

制成纳米颗粒

使用Vivaspin浓缩薄膜(聚醚砜或PES，Vivascience Sartorius、Hannover)对合成的纳米颗粒进行30分钟的离心分离(Hermle Z513K)。使用具有孔隙尺寸0.2μm、100000分子量筛截(MWCO)以及50000分子量筛截(MWCO)的过滤器。将速度设置为1750rpm并且将温度设置为40℃。还试验了具有孔隙尺寸0.22μm的一种注射器式过滤器(

GV Filter Unit 0.22μm.

PVDF membrane，Millipore，Corrigtwohill)。使用动态光散射(DLS)来评价这些结果。

进行渗析以去除过量的DEG和在后面的步骤中用来功能化的未反应的分子(例如，硅烷)。为了去除DEG，在磁搅拌器上用1000MWCO薄膜(SpectraPor 6，平宽18mm，SpectrumLabs，Rancho DominguezCA)对照Milli-Q水对悬浮液进行渗析。第一天这种水至少被替换三次，然后接下来的每一天替换两次。纳米颗粒悬浮液与水的比理想地是1∶1000。为了评价渗析时间对聚集的影响，用Vivaspin 0.2μm过滤的纳米颗粒悬浮液进行48、72以及96小时的渗析，并且用DLS评价结果。为了去除功能化步骤之后的未反应的物种，使用了1000MWCO和10000MWCO过滤器。使用了具有12mm和18mm扁平宽度的薄膜10000MWCO。前者给出了较快的渗析，而后者更容易使用并且较便宜。渗析的悬浮液在4℃下储存。

尺寸分级：一个批次的纳米颗粒可以分级成为多个尺寸的分级，这是通过在Rotina 35R离心机(Hettich Centrifugen)中使用多个Vivaspin20超滤旋转柱以及不断降低的MWCO的多个过滤器，将来自具有较高MWCO的一个过滤器的滤液中纳米颗粒通过具有较低MWCO的一个过滤器而进行过滤。因此，具有100000MWCO、50000MWCO、30000MWCO、以及10000MWCO的这些过滤器(当以给出的顺序连续地使用时，它们对应于筛截尺寸13.3nm、6.67nm、4nm和1.33nm)将给出四个限定的尺寸分级，即，在每个过滤器上收集的纳米颗粒加上在通过10000MWCO的滤液中的纳米颗粒。在100000MWCO过滤器的顶部收集的纳米颗粒被丢弃，因为它们包含不同类型的不限定尺寸和构成的聚集体。

颗粒尺寸的测量

这是通过动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)来进行的。DLS：上述钙钛矿(未加热至800℃)材料的胶状悬浮液的颗粒尺寸是在AV/DLS-5000系统(Lange)中测量的。最佳的计数率是大约250mHz，并且将标准化的强度相关函数曲线仔细地与二阶指数运算(200网格点)进行拟合。发现悬浮液的颗粒的流体动力学半径是4.8±0.3和5.7±1.0nm。TEM：这些研究是用Philips CM20ST电子显微镜(在200kV操作)和FEI Tecnai G2电子显微镜(200kV)进行的。用于TEM分析的样品是通过在甲醇中溶解如此合成的、未透析的产品来制备的。在无定形碳覆盖的铜载网上将分散体干燥。通过使用在大约500000X放大倍数下取得的TEM图像建立了尺寸分布的柱状图，从该图中能够估算平均尺寸。对于钙钛矿材料(晶核)估算的平均尺寸为3.5至4.0nm。

纳米颗粒的功能化：

a)通过使用具有随后进一步功能化，例如，PEG-脱羟基(两步PEG-脱羟基过程)的异双官能的硅烷进行的化纳米颗粒功能化。将过滤的纳米颗粒超声处理15分钟，以便打碎团聚体。然后，将在水悬浮液中的1ml纳米颗粒(典型地在前面步骤中经过渗析的)放入一个微量离心管中，并且加入50μl的双官能硅烷(例如，3-氨基丙基三乙氧基硅烷)，随后进行蜗旋并且超声处理1小时。在反应过程中，该硅烷官能团结合至纳米颗粒的表面上，使其他官能团(例如，氨基官能团)可自由地进行随后的功能化步骤(例如，引入亲水聚合物，如聚氧乙烯(PEG-脱羟基))。如果需要，将硅烷与一种溶剂一起加入，与硅烷的聚合反应相比采取适当的措施来有利于硅烷与纳米颗粒之间的反应。然后，加入10μL的Milli-Q，随后将该悬浮液超声处理1小时并且在一个搅拌台上放置一整夜以提供20小时的总反应时间。通过用1000MWCO薄膜对照Milli-Q渗析48小时来进行经硅烷涂覆的颗粒的纯化。还用0.5和10μL的硅烷进行相同的过程。用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)完成这个功能化。

b)通过使用双官能PEG衍生物的硅烷化(一步PEG-脱羟基过程)。将3-巯基丙基三乙氧基硅烷(MPTES)与一种异双官能MaI-PEG-NHS衍生物(Mal＝通过间隔基(-(CH₂)_nCO-)结合至PEG的一个末端的氧上的N-马来酰亚胺基(maleidyl)以及通过间隔基(-CH₂)_n′COO-)结合至PEG的另一个末端的氧上的N-琥珀酰亚胺基(n和n′＝整数＞0))在预步骤中在允许氢硫基团和Mal中的C-C双键形成硫醚键的条件下相互反应。因为要求加热以实现溶解，所以使用超声处理将15mg的Mal-PEG-NHS(3μμmol)溶解在300μL的乙醇中。然后，加入0.5μL的MPTES，并且允许反应在超声波浴中进行1小时。接下来，加入经过72小时的过滤并且渗析的1ml的Gd₂O₃-DEG纳米颗粒悬浮液，接着进行2小时的涡旋并且超声处理。然后，将试管在一个搅拌台上放置一整夜以提供至少20小时的总培养时间。为了去除过量的MaI-PEG-NHS和MPTES，使用10000MWCO薄膜对照Milli-Q进行渗析48小时。使用5mg的含有0.05μL MPTES的Mal-PEG-NHS和10mg的含有0.1μL MPTES的MaI-PEG-NHS完成相同的过程。然后，可以用靶向基团、标签基团(如，荧光以及类似物等，表现出氨基团的)这种NHS功能化的纳米颗粒的NHS基团进行进一步的功能化。

c)通过使用PEG硅烷(如，PEG-三乙氧基硅烷)的硅烷化(一步PEG-脱羟基过程)。将这种硅烷(MW_PEG＝4000和5000道尔顿)如以上对其他硅烷概述的方式进行反应，例如利用处于单甲氧基形式的PEG部分。

纳米颗粒的磁特性以及稳定性

纳米颗粒的稳定性/溶解性的测量：制备用于七天渗析(1000MWCO渗析薄膜)的希望的纳米颗粒，这些纳米颗粒按以上描述来合成并且分散在MilliQ水中。在三个时刻确定作为渗析时间的一个函数在分散体中的Gd(III)的浓度/含量，即渗析之前、5天之后和7天之后。渗析在室温下进行。通过电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)(Analytica)分析在纳米颗粒悬浮液中的Gd含量。

MRI测量：见et al.，Magn Reson Mater Phy，19(2006)180-186.

不同的纳米颗粒的对比研究的结果(弛豫率以及稳定性)：

这些结果表明：可以合成具有预定的和/或改进的特性(例如，具有预定的和/或改进的弛豫率(1/T₁和1/T₂)、弛豫性能(r₁和r₂)以及稳定性/寿命)的适合于磁共振成像的顺磁纳米颗粒。由以下发现说明了这一点：a)PEG硅烷功能化的Gd₂O₃纳米颗粒具有高的1/T₁和1/T₂(T₁(1mM)＝0.012ms^-1)以及快的溶解率(短寿命)(t_1/2＝4天)，b)PEG硅烷功能化的5％Fe掺杂的Gd₂O₃纳米颗粒具有高的1/T₁和1/T₂(1/T₁(1mM)＝0.012ms^-1)以及相当慢的溶解率(较长寿命)(t_1/2＝10天)，并且c)DEG涂覆的没有掺杂的Gd₂O₃纳米颗粒具有1/Ti(1mM)＝0.012ms^-1并且t_1/2＝14天。可商购的以及临床使用的Gd³⁺-DPTA在相同的条件下具有较低的1/T₁和1/T₂值(例如，1/T₁＝0.005ms^-1)。弛豫性能(r₁和r₂)以及弛豫性能比(r₂/r₁)的变化如以下所示：

纳米颗粒	r₁mM^-1s^-1	r₂mM^-1s^-1	r₂/r₁
纳米颗粒	r₁mM^-1s^-1	r₂mM^-1s^-1	r₂/r₁	Gd³⁺-DTPA	4.1	4.7	1.1
Gd³⁺(GDCl₃)	10.5	12.4	1.2	Gd³⁺-DTPA	4.1	4.7	1.1
Gd³⁺(GDCl₃)	10.5	12.4	1.2	Gd₂O₃ PEG- 硅烷渗析 120h	9.4	13.4	1.4
GdFeO₃ 渗析 4h	5.1	6.1	1.2	Gd₂O₃ PEG- 硅烷渗析 120h	9.4	13.4	1.4
GdFeO₃ 渗析 4h	5.1	6.1	1.2	GdFeO₃ 800℃ 渗析 4h	6.1	10.6	1.6
GdFeO₃ 渗析 120h	11.9	15.2	1.3	GdFeO₃ 800℃ 渗析 4h	6.1	10.6	1.6
GdFeO₃ 渗析 120h	11.9	15.2	1.3	Gd₂O₃ 5％ Fe* 渗析 16h	5.1	6.1	1.2
Gd₂O₃ 5％ Fe* PEG-硅烷，渗析120h	6.1	10.0	1.6	Gd₂O₃ 5％ Fe* 渗析 16h	5.1	6.1	1.2

＊除了Fe3+的相对量被降低到5％以外，该合成与GdFeO₃(钙钛矿)的合成相同。

尽管已经详细说明了本发明以及其优点，应当理解，在此可以做出不同的变化、替代和更改而不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围。而且，本申请的范围并非旨在限于说明书中说明的过程、机器、制造物、物质构成、装置、方法以及步骤的这些具体实施方式。正如本领域的普通技术人员从本发明的披露中将容易地认识到，根据本发明可以使用如在此描述的对应的实施方案完成实质上相同的功能或实现实质上相同的结果的、目前已存在的或以后将要开发的过程、机器、制造物、物质构成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在于它们的范围内包扩此类过程、机器、制造物、物质构成、装置、方法、或步骤。

Claims

1.一种用于使生物材料显像的方法，优选通过MRI，包括以下步骤：

(i)使一个群组的经涂敷的纳米颗粒与所述生物材料相接触，这些纳米颗粒各自包括a)一种过渡金属的一种金属氧化物，所述金属氧化物优选是顺磁性的并且优选包括一种镧系元素(+III)如钆(+III)，以及b)覆盖该核心颗粒表面的一个涂层，并且(ii)记录图像；

其中该涂层是亲水的并且包括一个硅烷层，该硅烷层在位于紧靠该核心颗粒表面处并且包括一个、两个或更多不同的硅烷基团，这些硅烷基团各自包括一个有机基团R以及一个硅烷-硅氧烷连接-O-Si-C-，其中

a)该有机基团R包括一个亲水的有机基团R′以及一个疏水的间隔基B，

b)O是直接结合至该金属氧化物的一个表面金属离子上的一个氧原子，并且

c)C是一个碳原子并且还是该疏水的间隔基B的一部分。

2.如权利要求1所述的方法，其中这些核心颗粒具有≤20nm的平均几何直径，优选地≤10nm，如≤8nm，并且≥0.5nm，如≥1nm。

3.如权利要求1至2中任意一项所述的方法，其中这些纳米颗粒(经涂敷的核心颗粒)具有≤20nm的平均流体动力学直径，优选地≤10nm，如≤6nm，并且≥0.5nm，如≥1nm。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中该涂层具有一个厚度，该厚度≤10nm，如≤5nm或≤1nm或≤0.7nm，并且具有0.1nm或0.5nm的典型下限。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中该涂层具有在一个单层范围内的厚度。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中该涂层中的硅与这些核心颗粒中的金属离子之间的摩尔比是≥50％、如≥80％或≥90％并且典型地≤1000％、如≤250％或≤150％的通过氧直接与这些核心颗粒的表面中的一个金属离子结合的硅与这些核心颗粒中的金属离子之间的摩尔比的最大值。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的方法，其中通过氧直接与该核心颗粒的表面中的一个金属离子结合的硅与这些核心颗粒中的金属离子之间的摩尔比是≥50％、如≥80％或≥90％并且≤100％的这个比的最大值。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的方法，其中在该涂层中的硅与直接结合至硅上的碳(硅烷碳)之间的摩尔比≥1并且典型地≤5，如≤2.5或≤1.5，优选≤1.25或≤1.1，该直接结合至硅上的碳例如是通过氧直接附着在该核心颗粒的表面金属离子上的。

9.如权利要求1至8中任意一项所述的方法，其中该疏水的间隔基B符合

-(C_nH_2n-2a)-(公式I)

其中一个、两个或两个以上的氢有可能分别被一个低级烷基或一个低级亚烷基团取代，其中n是整数1-15，优选地是整数1、2、3、4或5，并且a是整数0、1、2、3、等，其中a≤n。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的方法，其中在所述一个、两个或更多硅烷基团中的所述亲水的有机基团R′包括一个碳链，该碳链在一个、两个或更多位置上

a)被一个至少二价的官能基团中断，该官能基团包含选自O、N以及S中的一个杂原子，和/或

b)包括一个碳，该碳是

(i)被羟基或低级烷氧基取代，有可能被羟基或氨基取代，有可能被低级烷基取代而该低级烷基有可能被羟基取代，

(ii)具有一个分支基团的碳链的一个分支点，该分支基团包括多个结构元素，这些结构元素是选自与可能存在于该亲水的有机基中的结构元素相同的结构元素。

11.如权利要求1至10中任意一项所述的方法，其中在所述一个、两个或更多硅烷基团的至少一个之中的所述亲水的有机基团R′包括一个带电基团，优选地在一个数量以及组合之中从而给予这些纳米颗粒≥20mV，如≥30mV的绝对Z电位。

12.如权利要求1至11中任意一项所述的方法，其中在所述一个、两个或更多硅烷基团的至少一个中的亲水的有机基团R′是选自符合以下公式的多个基团：

-(ACH₂CH₂)_p(OCH₂CH₂)_mA′_o(CH₂)_nX 公式II)

其中

a)n′是0至15的一个整数，优选1至5，

b)m是0至10的一个整数，优选2至5，

c)o以及p是相等的或不等的整数0或1，其条件是当m是0时它们中的一个优选地是0。

d)A以及A′是含杂原子的双官能基团，其中所述杂原子是选自氧、氮以及硫中并且优选该双官能基团是醚、硫醚或氨基，并且

e)X是选自羧酸烷基酯、膦酸烷基酯(一或二烷基)、磺酸烷基酯、N-烷基酰胺(一或二烷基)、N-烷基膦酸酰胺(一或二烷基)、N-烷基氨磺酰、烷基醚，以及对应的多种水解形式。

13.如权利要求1至12中任意一项所述的方法，其中在所述一个、两个或更多硅烷基团的至少一个中的亲水的有机基团R′是分支的，例如在公式II中一个或多个氢相互独立地在一个或多个位置(一个、两个或更多分支点)上被符合公式I I的一个基团代替。

14.如权利要求1至13中任意一项所述的方法，其中这些经涂敷的纳米颗粒和/或这些核心颗粒是单分散的。

15.涂布一个群组的核心颗粒的一种方法，这些核心颗粒在它们的表面包括顺磁金属氧化物，该方法包括以下步骤：

(i)提供所述群组的核心颗粒，

(ii)使这些核心颗粒与一种、两种、三种或更多种不同的硅烷试剂相接触，每种硅烷试剂表现出，

a)一个反应性基团，该反应性基团包括该硅烷试剂的硅，以及

b)一个有机基团，该有机基团

b1)是不同于这些不同的硅烷试剂，

b2)是该最终涂层的一部分(等于一个R基团)，或

b3)是可变换成这样一部分的(可变换成一个R基团)，

所述接触发生在这样的条件下，即允许每种所述硅烷试剂的所述有机基团通过-O-Si-C-连接直接附着在所述核心颗粒的表面上，并且

(iii)如果是根据(b3)，将所述有机基团变换成所述涂层的一部分(＝所述涂层的一个R基团)。

16.根据权利要求15所述的方法，其中对于这些不同的硅烷试剂的步骤(ii)是同时进行的(＝竞争的)。

17.如权利要求15至16中任意一项所述的方法，其中这些颗粒与一个网状的反应性硅酸盐，如四烷基正硅酸盐，进行的反应或者是与步骤(ii)同时(竞争的)的或是在步骤(ii)之后的。

18.根据权利要求15-17中任意一项所述的方法，其中至少一个所述硅烷试剂是根据b2的。

19.根据权利要求15-18中任意一项所述的方法，其中至少一种所述硅烷试剂包括直接附着在其硅原子上的一个疏水的间隔基。

20.根据权利要求15-19中任意一项所述的方法，其中至少一种所述硅烷试剂包括一个有机基团，该有机基团包括直接附着在其硅原子上的一个疏水的间隔基团以及附着在所述间隔基团上的一个亲水基团。

21.根据权利要求15至20中任意一项所述的方法，其中所述有机基团、所述间隔基团、以及所述亲水基团，在它们存在于一种或多种所述硅烷试剂的范围内，是如在权利要求1以及9至13的任意一项中所定义的R、R′以及B。

22.根据权利要求15-21中任意一项所述的方法，其中

(a)这些硅烷试剂的至少一种是根据(b2)的并且包括一个带电基团，优选地是一个负的带电基团，并且

(b)至少一个剩余硅烷试剂，在这些试剂被使用的范围内，是根据(b2)的并且是不带电的。

23.根据权利要求22所述的方法，其中在组(a)的硅烷试剂与组(b)的硅烷试剂之间的摩尔比是≤20，优选≤1，并且≥0.5，如≥0.1，并且优选地在竞争(至少一个组(a)以及至少一个组(b))下进行至少两个所述硅烷试剂与这些颗粒的反应。

24.根据权利要求17与权利要求15至16以及18至23中任意一项相结合的方法，其中该网状的反应性硅酸盐与这些硅烷试剂之和之间的摩尔比是0至0.5。

25.根据权利要求15至24中任意一项所述的方法，其中至少一种硅烷试剂包括一个分支的有机基团。

26.旨用于使生物材料显像的一种组合物，典型地用作在在活体内内成像中，例如MRI、X射线、PET、CT以及荧光成像的一种造影剂，优选用于MRI以及X射线，其中该组合物包括如在权利要求1至14的任意一项中所定义的一个群组的纳米颗粒。

27.如权利要求26所述的组合物，其中这些纳米颗粒被分散在一个生理可接受的水性液相中，使该金属氧化物的过渡金属离子的浓度为≥500mM，优选≥1M，所述金属离子典型地是一个镧系元素(+III)，优选为钆(+III)。

28.如权利要求27所述的组合物，其中该液相与有待给予该组合物的生物体的血液是等渗的。

29.如权利要求26至28中任意一项所述的组合物，其中它没有源自这些核心颗粒的制造的溶剂残余物。

30.如权利要求26至29中任意一项所述的组合物，其中它没有二甘醇(DEG)。

31.如权利要求26至30中任意一项所述的组合物，其中在该金属氧化物的金属离子的浓度为0.5M时它的粘度是≤50mPas，优选≤25mPas或≤15mPas。

32.如权利要求26至31中任意一项所述的组合物，其中这些核心颗粒通过一个连续流动方法制造的。

33.如权利要求26至32中任意一项所述的组合物，其中这些核心颗粒是在氮气氛下生产。

34.如权利要求26至33中任意一项所述的组合物，其中这些纳米颗粒在水性溶液中在≥一个月，如≥一年的时间内是稳定的。

35.如权利要求26至34中任意一项所述的组合物，其中≥50％，如≥80％或≥90％的这些纳米颗粒是在48小时之内从有待将它们给予的活生物体的体内排出的。