CN101745124A

CN101745124A - 含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂及其制备方法

Info

Publication number: CN101745124A
Application number: CN 201010023087
Authority: CN
Inventors: 胡劲; 刘晓晟; 沈新程; 许建荣; 金彩虹; 何丹农
Original assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Current assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: CN101745124B

Abstract

本发明涉及一种用于淋巴系统特异成像的磁共振造影剂含钆二氧化硅纳米微球造影剂及其制备方法。该造影剂是水溶性二氧化硅包覆含钆制剂而形成的纳米微球悬浮液或粉体，该纳米微球的粒径范围处于50～200nm，其中含钆制剂与水溶性二氧化硅的质量比为1.86×10^-4～0.592。本方法制备的纳米微球由于包封率较高、可选择性进入毛细淋巴管而不进入毛细血管，因此可用于淋巴系统特异成像，减少毛细血管的干扰，提高淋巴定性诊断的敏感性和特异性，同时降低对人体的危害，是一种新型的高靶向含钆磁共振造影剂。

Description

含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种新型含钆磁共振造影剂及其制备方法，特别是一种用于淋巴系统特异成像的掺杂含钆制剂的水溶性二氧化硅纳米微球造影剂及其制备方法。

背景技术：

随着显微淋巴外科技术的发展，对淋巴回流障碍性疾病的分类与定位诊断提出了更高的要求；同时，更准确、灵敏地显示淋巴管、淋巴结的结构，并判断其功能状态，对肿瘤患者进行准确分期，是制定治疗计划、判断预后，有效防止术后淋巴水肿的基础，是进行淋巴系统疾病诊断和治疗的关键。淋巴造影一直被认为是影像学显示淋巴管结构、判断淋巴结病理性质的“金标准”。

多胺多羧酸类钆(Gd)配合物及其衍生物，如Gd-DTPA螯合物等，是一种重要的MR淋巴造影剂，能提供极好的信噪比，无磁化率伪影，给药剂量小，显影时间短，一次扫描可以同时显示淋巴结和所引流的淋巴管，具有优异的定性诊断的敏感性、特异性，因此其是淋巴系统疾病的成像和诊断的研究中的热点。目前应用得较多的是小分子钆类造影剂，如在临床上广泛使用的钆喷酸葡胺注射液(C14H20GdN3010·2C7H17NO5)，由于其分子量低，粒径小，经组织间隙注射后可较快地进入毛细淋巴管并随淋巴管引流至目标淋巴结。但是同时该类造影剂易通过自由扩散至毛细血管而进入血液循环系统，不仅干扰了对淋巴管形态的观察与对淋巴回流功能状况的评估，也影响了对目标淋巴结结构特征的显示，以致对淋巴结的性质无法判断。

为了解决这一难题，通过对毛细淋巴管和毛细血管结构的对比研究，得知毛细淋巴管管壁仅由一层扁的上皮细胞构成，连接疏松，缺乏完整的基膜，通透性大，且存在着500nm左右的间隙，大分子物质、脂滴、细菌、异物和癌细胞等都主要通过毛细淋巴管吸收；而毛细血管的管壁主要由内皮和基膜构成，通透性相对较小，而管壁的间隙仅为30～50nm。因此，这就为造影剂向淋巴管的靶向富集提供了一种新的途径，以提高淋巴结定性诊断的敏感性和特异性。

水溶性二氧化硅是一种安全无毒、生物相容性好的物质，是近十年纳米材料在生物领域应用的研究热点，在药物载体、生物传感、监测、肿瘤靶向治疗等方面均有重要的应用价值。将功能性材料包覆或掺杂在水溶性二氧化硅微球中，可以减少其与外部环境的接触，以达到保护材料，增强其稳定性的作用；或是达到定型化的作用，以增强其力学性能，改变其存在状态；也可以起到改变材料的表面亲水性能的作用，可将憎水性材料转变为亲水性材料，使其均匀分散在水性溶液中；或者可以使材料达到缓释的效果，起到减少对环境的危害，或增加效用周期的作用等。

早在1968年，

发现采用溶胶凝胶法，在水-醇溶液中用碱催化正硅酸乙酯获得了单分散，粒径在几十到500nm的二氧化硅凝胶微球，但是产物的粒径分布较宽和尺寸不可控性是此种方法的不足。在

体系的基础上，进行工艺条件的改进，可以制备出高分散性，粒径分布窄的二氧化硅微球。如公开号CN101492164的专利公开了一种在乙醇-氨水-水-正硅酸乙酯体系中利用种子-生长多步法制得粒径偏差低于3％、具有高圆度和单分散性的二氧化硅微球，但此方法过程较为繁杂，对工艺的控制需精准，且由于反应体系体积大，体系相状态单一，不易对微反应进行控制，且包封率较低，因此不适合于包覆或掺杂功能性材料，多应用于制备二氧化硅微球。

微乳液法是近年来研究与应用的较多的制备纳米级二氧化硅微球的方法，是通过表面活性剂或高分子聚合物所形成的油包水(W/O)微乳液中水相微小空间作为微型反应器进行硅醇盐水解缩聚反应从而制备纳米级二氧化硅微球产物，该法制备工艺简单，产物粒径均匀、形貌规则、分散性好、粒径可控。相对于

法，由于微乳液法能提供水相微反应器，在纳米颗粒与反应体系发生分离之前，可以进一步添加亲水性反应物进入水相微反应器，最终可以形成核-壳复合结构或是掺杂、负载功能性材料的纳米尺寸产物，具有法无可比拟的优势，在制备核-壳复合结构或是掺杂、负载功能性材料的纳米二氧化硅凝胶微球方面应用非常广泛。如制备核-壳结构二氧化硅微球材料的应用中，Eriksson S、Nylén U等人利用微乳液法制备了负载金属氧化物或者双金属纳米颗粒的二氧化硅微球作为高效催化剂；YunhuaYang、Mingyuan Gao等人采用微乳液法将单个改性后的亲水型CdTe纳米颗粒包覆于纳米二氧化硅微球中，得到了高荧光性能的CdTe/SiO2颗粒；姚渊、李冬梅等人采用微乳液法制备了核壳结构ZnS：Mn/CdS纳米晶，随后继续向此微乳液体系中添加正硅酸乙酯(TEOS)，并使用氨水作为催化剂，通过TEOS水解缩聚反应，在ZnS：Mn/CdS粒子表面生长连续的二氧化硅凝胶壳层，获得了水溶性的纳米晶颗粒。同时，可以应用于非线性光学等方面的Ag/SiO2、Cu/SiO2、CdS/SiO2以及用于MRI造影的二氧化硅凝胶包覆具有超顺磁性质的Fe3O4纳米颗粒等都可以采用微乳液法制备。在制备掺杂功能性材料二氧化硅微球材料的应用中，逄淑杰、李先亮等人利用油包水型(W/O)反相微乳液方法，在酸性条件下水解正硅酸乙酯分别制备了掺杂稀土元素铕、铒的二氧化硅纳米微球，但是酸性催化剂制备二氧化硅纳米粒子凝胶时间长，或需要加碱液加速其凝胶，而且制备产物粒径较大，因此选用碱性催化剂更佳。公开号为CN101270281A的专利采用微乳液法，在氨水催化的条件下，将疏水性染料掺杂入二氧化硅纳米颗粒，最终得到的发光粒子呈单分散性，粒径均匀，粒径在50-600nm范围内。公开号为CN1456678的专利采用微乳液法，采用碱催化，在二氧化硅纳米颗粒网状聚合的过程中将荧光素、罗丹明等荧光染料嵌入其中，制备出不同粒径大小(20-200nm)，分布均匀，形态规则，表面光滑圆润，发光性质稳定的掺杂二氧化硅纳米颗粒。在制备含钆二氧化硅复合材料方面，公开号为CN1692947的专利公开了一种钆掺杂二氧化硅的纳米复合材料制备方法，采用

方法，二氧化硅纳米颗粒在掺有GdCl3的碱性溶液中形成，制备了一种粒径为20～150nm的棒状颗粒，但其形貌不规则，分散性较差，对粒径分布控制较差，且包封率低，限制了其作为显影剂的应用。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种用于淋巴系统特异成像的磁共振造影剂含钆二氧化硅纳米微球造影剂。

本发明的目的之二在于提供该造影剂的制备方法。

为达到上述目的，本发明方法将含钆制剂掺杂入水溶性二氧化硅纳米微球，通过控制纳米微球粒径大小，使之选择性地进入毛细淋巴管，最后富集于淋巴系统而不进入血液循环系统，以减少淋巴系统核磁共振检查中毛细血管的干扰，提高淋巴结定性诊断的敏感性和特异性。

根据上述构思，本方法采用如下技术方案：

一种含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂，其特征在于该造影剂是水溶性二氧化硅包覆含钆制剂而形成的纳米微球悬浮液或粉体，该纳米微球的粒径范围处于50～200nm，其中含钆制剂与水溶性二氧化硅的质量比为1.86×10^-4～0.592。

上述的水溶性二氧化硅是：二氧化硅凝胶。

上述的含钆制剂为：多胺多羧酸类钆(Gd)配合物及其衍生物。

上述的多胺多羧酸类钆配合物为：二亚乙基三胺五乙酸与Gd³⁺离子形成的螯合物(Gd-DTPA)、乙二胺四乙酸与Gd³⁺离子形成的螯合物(Gd-EDTA)、氨基三乙酸与Gd³⁺离子形成的螯合物(Gd-NTA)等。

上述的多胺多羧酸类钆(Gd)配合物衍生物为：HA-DTPA-Gd，临床使用钆类造影剂如马根维显(钆喷酸葡胺)、欧乃影(钆双胺)、莫迪司(钆贝葡胺)、多它灵(钆特酸葡甲胺)等。

一种制备上述的含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将10份油相、0.1～4份表面活性剂混合均匀，形成油相溶液；所述的油相为各种

与水不互溶的有机溶剂；

b.将0.01～0.8份含钆制剂水溶液和0.05～1份碱性溶液混合均匀，形成水相溶液；所述的含钆制剂水溶液的浓度为50mg/ml～1000mg/ml；所述的碱性溶液中含碱性物质的质量百分数应为5％～30％；

c.将步骤b所得水相溶液在超声及速度为100～500rpm的搅拌条件下缓慢滴入油相溶液中，并持续超声搅拌10～30min，至形成微乳液，在速度为100～500rpm的搅拌下，缓慢加入0.05～1份正硅酸乙酯，并持续搅拌2～5小时；形成微乳液体系，再将此微乳液体系置于背光处，常温陈化24～48小时；

d.在步骤c所得微乳液体系中加入丙酮破乳，高速离心并弃去上清液，沉淀用无水乙醇清洗后超声分散在去离子水中或冷冻干燥，即得含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂悬浮液或粉体。

上述的有机溶剂为环己烷、液体石蜡、石油醚或C5-C16。

上述的表面活性剂为：聚乙二醇辛基苯基醚、山梨醇硬脂酸酯、单硬脂酸甘油酯或壬基酚聚氧乙烯5醚。

上述的含钆制剂为多胺多羧酸类钆(Gd)配合物及其衍生物的水溶液，其浓度为50mg/ml～1000mg/ml。

上述的含钆制剂为多胺多羧酸类钆配合物为：二亚乙基三胺五乙酸与Gd³⁺离子形成的螯合物(Gd-DTPA)溶液、乙二胺四乙酸与Gd³⁺离子形成的螯合物(Gd-EDTA)溶液、氨基三乙酸与Gd³⁺离子形成的螯合物(Gd-NTA)溶液等。

上述的含钆制剂为多胺多羧酸类钆配合物衍生物为：HA(透明质酸)-DTPA-Gd溶液，临床使用钆类造影剂如马根维显(钆喷酸葡胺)注射液、欧乃影(钆双胺)注射剂、莫迪司(钆贝葡胺)注射液、多它灵(钆特酸葡甲胺)注射液等。

与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出特点和显著进步：现有技术的造影剂由于其易于同时扩散进入毛细淋巴管和毛细血管，从而干扰了对淋巴管、淋巴结形态特征的观察。而本发明所得含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂的粒径位于50-200nm范围之内，可以被毛细淋巴管吸收而不透过毛细血管，减少了在淋巴系统核磁共振检查中毛细血管的干扰，提高了淋巴定性诊断的敏感性和特异性。同时，本发明通过将含钆制剂包覆在水溶性二氧化硅微球内，相对于直接将其注射于体内的传统方式，很大程度的减少了直接与组织接触的钆含量，降低了不良反应发生的可能性和对人体造成的危害。是一种新型的高靶向含钆磁共振造影剂。

本发明的制备方法采用微乳液法，该方法工艺较为简单，产物微球形貌规则，分散性好，粒径均一度高，且易于通过对制备工艺参数的调节而控制产物微球的粒径，使之达到特定应用要求的粒径范围。

附图说明：

图1为本发明实施例1所制备的含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂的透射电子显微图片，由图可见按本方法所制备的纳米微球为单分散球形微球，粒径分布在50nm左右，且粒度分布较为均匀。

图2为本发明实施例1所制备的含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂的扫描电子显微图片，由图可见按本方法所制备的纳米微球为单分散球形微球，微球表面光滑，粒径大于50nm，且粒度分布较为均匀。

具体实施方式：

以下结合实施例对本发明进一步说明。

实施例一：将7.5ml油相环己烷、1.8ml表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)混合，并激烈搅拌至均匀，然后将150μl钆喷酸二葡甲胺溶液(469.01mg/ml)和240μl氨水(25wt％)混合均匀后，在超声及速度为400rpm的搅拌条件下缓慢滴入油相中，并持续超声搅拌30分钟，直至微乳液形成。在速度为400rpm的搅拌下，缓慢加入100μl正硅酸乙酯(TEOS)，并持续搅拌3h。将此微乳液体系置于背光处，常温陈化24h。待反应完成后，加入丙酮破乳，高速离心并弃去上清液，然后采用无水乙醇清洗至少5遍后，超声分散在去离子水中，冷冻干燥后即得掺杂含钆制剂的水溶性二氧化硅纳米微球粉体。

实施例二：将10ml油相液体石蜡、100μl表面活性剂山梨醇硬脂酸酯(Span80)混合，并激烈搅拌至均匀，然后将10μl钆特酸葡甲胺溶液(50mg/ml)和50μl氢氧化钠溶液(5wt％)混合均匀后，在超声及速度为100rpm的搅拌条件下缓慢滴入油相中，并持续超声搅拌30分钟，直至微乳液形成。在速度为100rpm的搅拌下，缓慢加入50μl正硅酸乙酯(TEOS)，并持续搅拌3h。将此微乳液体系置于背光处，常温陈化24h。待反应完成后，加入丙酮破乳，高速离心并弃去上清液，然后采用无水乙醇清洗至少5遍后，超声分散在去离子水中，即得掺杂含钆制剂的水溶性二氧化硅纳米微球悬液。

实施例三：将10ml油相石油醚、4ml表面活性剂山梨醇硬脂酸酯(Span80)混合，并激烈搅拌至均匀，然后将800μl Gd-DTPA螯合物溶液(1000mg/ml)和1ml氢氧化钠溶液(30wt％)混合均匀后，在超声及速度为500rpm的搅拌条件下缓慢滴入油相中，并持续超声搅拌30分钟，直至微乳液形成。在速度为500rpm的搅拌下，缓慢加入1ml正硅酸乙酯(TEOS)，并持续搅拌3h。将此微乳液体系置于黑暗处，常温陈化48h。待反应完成后，加入丙酮破乳，高速离心并弃去上清液，然后采用无水乙醇清洗至少5遍后，超声分散在去离子水中，冷冻干燥后即得掺杂含钆制剂的水溶性二氧化硅纳米微球粉体。

实施例四：将10ml油相正戊烷、2ml表面活性剂壬基酚聚氧乙烯5醚(NP-5)混合，并激烈搅拌至均匀，然后将200μl钆喷酸二葡甲胺溶液(469.01mg/ml)和500μl氨水(25wt％)混合均匀后，在超声及速度为300rpm的搅拌条件下缓慢滴入油相中，并持续超声搅拌10分钟，直至微乳液形成。在速度为300rpm的搅拌下，缓慢加/入500μl正硅酸乙酯(TEOS)，并持续搅拌2h。将此微乳液体系置于黑暗处，常温陈化24h。待反应完成后，加入丙酮破乳，高速离心并弃去上清液，然后采用无水乙醇清洗至少5遍后，超声分散在去离子水中，即得掺杂含钆制剂的水溶性二氧化硅纳米微球悬液。

实施例五：将10ml油相环己烷、4ml表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)混合，并激烈搅拌至均匀，然后将300μl Gd-EDTA螯合物溶液(800mg/ml)和50μl氨水(25wt％)混合均匀后，在超声及速度为400rpm的搅拌条件下缓慢滴入油相中，并持续超声搅拌30min，直至微乳液形成。在速度为400rpm的搅拌下，缓慢加入100μl正硅酸乙酯(TEOS)，并持续搅拌5h。将此微乳液体系置于背光处，常温陈化48h。待反应完成后，加入丙酮破乳，高速离心并弃去上清液，然后采用无水乙醇清洗至少5遍后，超声分散在去离子水中，冷冻干燥后即得掺杂含钆制剂的水溶性二氧化硅纳米微球粉体。

本发明实施例1所制备的掺杂含钆制剂的水溶性二氧化硅纳米微球的ICP测试结果：元素种类：Si(35.46)、Gd(7.55)

由数据可见，本发明所制备的二氧化硅纳米微球中所掺杂的含钆制剂成分含量较高，可满足MRI测试中信号强度的要求。

Claims

1.一种含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂，其特征在于该造影剂是水溶性二氧化硅包覆含钆制剂而形成的纳米微球悬浮液或粉体，该纳米微球的粒径范围处于50～200nm，其中含钆制剂与水溶性二氧化硅的质量比为1.86×10^-4～0.592。

2.根据权利要求1所述的含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂，其特征在于所述的所述的水溶性二氧化硅为：二氧化硅凝胶。

3.根据权利要求1所述的含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂，其特征在于所述的含钆制剂为：多胺多羧酸类钆(Gd)配合物及其衍生物。

4.根据权利要求3所述的含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂，其特征在于所述的多胺多羧酸类钆配合物为：二亚乙基三胺五乙酸与Gd³⁺离子形成的螯合物、乙二胺四乙酸与Gd³⁺离子形成的螯合物、氨基三乙酸与Gd³⁺离子形成的螯合物。

5.根据权利要求3所述的含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂，其特征在于所述的多胺多羧酸类钆(Gd)配合物衍生物为：HA-DTPA-Gd、钆喷酸葡胺、钆双胺、钆贝葡胺、钆特酸葡甲胺。

6.一种制备根据权利要求1、2、3、4或5所述的含钆二氧化硅纳米微球磁共振造影剂的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将10份油相、0.1～4份表面活性剂混合均匀，形成油相溶液；所述的油相为各种与水不互溶的有机溶剂；

c.将步骤b所得水相溶液在超声及速度为100～500rpm的搅拌条件下缓慢滴入油相溶液中，并持续超声搅拌10～30min，至形成微乳液，在速度为100～500rpm的搅拌下，慢加入0.05～1份正硅酸乙酯，并持续搅拌2～5小时；形成微乳液体系，再将此微乳液体系置于背光处，常温陈化24～48小时；

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述的有机溶剂为环己烷、液体石蜡、石油醚或C5-C16。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述的表面活性剂为：聚乙二醇辛基苯基醚、山梨醇硬脂酸酯、单硬脂酸甘油酯或壬基酚聚氧乙烯5醚。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述的含钆制剂为多胺多羧酸类钆(Gd)配合物及其衍生物的水溶液，其浓度为50mg/ml～1000mg/ml。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述的含钆制剂为多胺多羧酸类钆配合物为：二亚乙基三胺五乙酸与Gd³⁺离子形成的螯合物(Gd-DTPA)溶液、乙二胺四乙酸与Gd³⁺离子形成的螯合物溶液、氨基三乙酸与Gd³⁺离子形成的螯合物溶液。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述的含钆制剂为多胺多羧酸类钆配合物衍生物为：HA-DTPA-Gd溶液、钆喷酸葡胺注射液、钆双胺注射剂、钆贝葡胺注射液、钆特酸葡甲胺注射液。