CN101891897A - 顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的制备方法 - Google Patents

顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的制备方法。首先以六氯环三膦腈和4，4’-二羟基二苯砜为共聚单体，以三乙胺为缚酸剂，室温条件下进行聚合反应制得聚膦腈纳米管，纯化后得到聚膦腈纳米管配体；再将该配体与顺磁性金属无机盐反应，最后离心，水和无水乙醇各洗涤三次，干燥后即可得到磁共振成像对比剂的固体粉末。本工艺操作性强、适用面广、设备要求简单、成本低、产率高，可在工业应用中大量生产。本发明的磁共振成像对比剂是一类新型的聚合物纳米管磁共振成像对比剂，弛豫率高达42.88～237.83mmol/L*s，为商用磁共振成像对比剂Gd-DTPA(3.64mmol/L*s)的12～65倍。

Description

顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的制备方法
技术领域
本发明涉及磁共振成像技术领域，尤其涉及一种新型磁共振成像对比剂的制备方法。
背景技术
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是一种利用人体组织中某种原子核的核磁共振现象，将所得射频信号经过电子计算机处理，重建出人体某一层面的图像的诊断技术。在临床磁共振成像中，超过30％～40％的诊断需要使用MRI对比剂。MRI对比剂是一些顺磁性和超顺磁性物质，可缩短局部质子弛豫时间，间接改变这些质子所产生的信号强度，提高正常与患病部位的成像对比度，从而显示体内器官的功能状态。目前临床常用的MRI对比剂如马根维显Gd-DTPA，是小分子离子型MRI对比剂，体内渗透压较高，在体内存留时间较短，易经肾脏代谢后迅速排出，不具有组织或器官的选择性，在体内泄漏出的游离Gd(III)会引起细胞内铁沉积的Fenton反应造成细胞纤维化等。近年来，为解决这些问题，众多研究尝试将高分子链引入MRI对比剂中，因为高分子能降低分子的旋转速率，提高弛豫效率，在血管中相对长时间内保持稳定的浓度，而且高分子载体带有连接对人体某一组织或器官具有亲和性的基团，能增强对组织或器官的靶向性。然而，作为药物应用于人体的MRI对比剂，需满足药物的基本要求：具有生物相容性、水溶性好和自身有足够的稳定性，还应满足高弛豫率、靶向性、毒副作用低、在体内有适当的存留时间等特性。因此，寻找满足各方面性能要求的高分子基体一直是研究的一个难点。
聚膦腈(Polyphosphazenes)是主链上以磷氮原子交替排列，侧链为有机取代基的一类新型有机无机杂化高分子，具有优异的光热稳定性、抗氧化性、耐辐射，耐低温、生物相容性及生物可降解性等，在生物医用材料等领域有着广泛的应用。通过纳米技术合成的聚膦腈纳米管，是一类新型的聚合物纳米管材料，具有小尺寸效应、生物相容性和活性功能基团等特点，可利用生物反应活性结合各种功能生物分子(如酶、抗体、细胞等)，因而在纳米生物医学领域有着重要的潜在研究和应用价值。另外，大量文献报道，聚膦腈在室温下利用膦腈环上的氮原子可与各种过渡金属离子(如Ag+，Fe2+，Ni2+，Cu2+等)配位(文献1.E.W.Ainscough，et al.，Inorg.Chem.44，7325(2005)；2.E.W.Ainscough，et al.，Polyhedron 25，2341(2006)；3.E.W.Ainscough，et al.，Polyhedron 26，460(2007)；4.T.Itaya，et al.，Polyhedron 21，1573(2002)；5.K.R.Thomas，et al.，Inorg.Chim.Acta.282，127(1999))。
本方法将利用聚膦腈独特的结构和化学合成特性，将聚膦腈纳米管与一些顺磁性金属离子络合，如：钆、铁、锰等，使之成为具有一定靶向性和适宜体内滞留时间、弛豫效率远高于马根维显、毒性小的新型磁共振成像对比剂。其优势在于：i)聚膦腈纳米管具有小尺寸效应和生物相容性等特点，毒性小，可减少药物申报程序环节，容易作为药物上市；ii)聚膦腈纳米管带有活性功能基团，可与生物分子可通过共价键结合，具有靶向性；iii)弛豫率高，为商用磁共振成像对比剂马根维显的12～65倍，且只需含极少量钆就可达到良好的成像对比效果；iv)加工制备工艺简单，设备要求低，易于加工生产。
发明内容
本发明针对现有磁共振成像对比剂的不足，提供了一类新型的聚合物纳米管磁共振成像对比剂的制备方法，该制备方法加工工艺简单，设备要求低，易于加工生产，制备出的顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂毒性低、弛豫率高、只需含极少量钆就可达到良好的成像对比效果。
本发明制备的顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的化学结构式如下式所示：
Figure BSA00000193974300021
本发明中所述的顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂是指聚膦腈纳米管与顺磁性稀土及过渡金属(La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Sc，Y，Fe，Co，Ni，Mn)离子反应形成的配合物。
本发明顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的制备方法如下：
(1)将六氯环三膦腈和4，4’-二羟基二苯砜溶解于干燥有机溶剂中，其中六氯环三膦腈的浓度为0.001～0.01克/毫升，再向反应体系中加入由缚酸剂三乙胺和有机溶剂组成的溶液，该溶液中三乙胺的浓度为0.005～0.05克/毫升，六氯环三膦腈和4，4’-二羟基二苯砜的摩尔比为1∶3，六氯环三膦腈和缚酸剂三乙胺摩尔比为1∶6，在室温或加热回流下搅拌反应0.5-3小时，反应结束后通过离心分离得到粗产物，用有机溶剂洗涤三次，再用去离子水洗涤三次，干燥后即得聚膦腈纳米管，其中所述的有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、乙醇等；
(2)在反应容器中，将一定质量的聚膦腈纳米管超声分散在水中，再向反应体系中加入一定量的金属无机盐，在一定温度、一定超声功率条件下反应6小时，聚膦腈纳米管与金属无机盐的摩尔比为1∶0.5～5。反应结束后通过离心分离得到粗产物，用去离子水洗涤三次，再用乙醇洗涤三次，干燥后即得顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂，其中所述的金属无机盐为GdCl3·6H2O、MnCl2、FeCl2、NiCl2等。
本发明与现有技术相比具有以下显著优点：
1)产品弛豫率高达42.88～237.83mmol/L*s，为商用磁共振成像对比剂Gd-DTPA的12～65倍。
2)产品具有小尺寸效应、生物相容性和活性功能基团等特点，可利用生物反应活性结合各种功能生物分子(如酶、抗体、细胞等)，具有靶向性；3)聚膦腈材料具有良好的生物相容性和降解性，毒性小。4)在常温下反应，反应操作与所需设备简单，成本低廉，易于实现规模化生产。
附图说明：
图1是实施例1所得的Gd(III)/聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的傅里叶变换红外光谱图；
图2是实施例1所得的Gd(III)/聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的核磁成像对比图；
图3是实施例1所得的Gd(III)/聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的驰豫时间与浓度关系图。
具体实施方式：
实例1
向1000毫升烧瓶中加入5克(14.4毫摩尔)六氯环三膦腈和10.8克(43.2毫摩尔)4，4’-二羟基二苯砜，再加入400毫升无水四氢呋喃，搅拌溶解，再将8.7克(86.4毫摩尔)三乙胺的150毫升无水四氢呋喃溶液加入到上述反应器中，在25℃条件下，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，反应结束后，经过滤，将粗产物用四氢呋喃洗涤三次，然后用去离子水洗涤三次，最后于真空烘箱中干燥24小时即得交联聚膦腈纳米管12.5克，以六氯环三膦腈计收率为93％。
向500毫升烧瓶中加入合成的交联聚膦腈纳米管8.8克，加入350毫升去离子水，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，加入GdCl3·6H2O固体3.75克，在25℃条件下，超声功率为240瓦，反应6小时。反应结束后通过离心分离得到粗产物，用去离子水洗涤三次，再用乙醇洗涤三次，干燥后即得顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂。
图1是实施例1所得的Gd(III)/聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的傅里叶变换红外光谱图，图中1580cm-1和1490cm-1谱带是苯环双键的共振吸收，1154cm-1和1289cm-1谱带是砜基的共振吸收，1186cm-1谱带是P＝N键的共振吸收，880cm-1谱带是P-N键的共振吸收，941cm-1谱带是P-O-Ar键的共振吸收。波谱分析表明其结构为六氯环三膦腈和4，4’-二羟基二苯砜的交联缩合结构。
图2是实施例1所得的Gd(III)/聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的核磁成像对比图。
图3是实施例1所得的Gd(III)/聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的驰豫时间与浓度关系图，由图可知计算得到的驰豫率为42.88mmol/L*s，为商用磁共振成像对比剂Gd-DTPA的12倍。
弛豫率和核磁成像对比图是衡量该配合物能作磁共振成像对比剂使用的主要参数，如附图2和3。本发明制备聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂弛豫率高、成像对比强度高、另外生物相容性良好可以成为优良的磁共振成像对比剂。
实例2
向1000毫升烧瓶中加入5克(14.4毫摩尔)六氯环三膦腈和10.8克(43.2毫摩尔)4，4’-二羟基二苯砜，再加入400毫升无水四氢呋喃，搅拌溶解，再将8.7克(86.4毫摩尔)三乙胺的150毫升无水四氢呋喃溶液加入到上述反应器中，在25℃条件下，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，反应结束后，经过滤，将粗产物用四氢呋喃洗涤三次，然后用去离子水洗涤三次，最后于真空烘箱中干燥24小时即得交联聚膦腈纳米管。
向500毫升烧瓶中加入合成的交联聚膦腈纳米管8.8克，加入350毫升去离子水，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，加入MnCl2固体2.45克，在25℃条件下，超声功率为240瓦，反应6小时。反应结束后通过离心分离得到粗产物，用去离子水洗涤三次，再用乙醇洗涤三次，干燥后即得顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂。
实例3
向1000毫升烧瓶中加入5克(14.4毫摩尔)六氯环三膦腈和10.8克(43.2毫摩尔)4，4’-二羟基二苯砜，再加入400毫升无水四氢呋喃，搅拌溶解，再将8.7克(86.4毫摩尔)三乙胺的150毫升无水四氢呋喃溶液加入到上述反应器中，在25℃条件下，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，反应结束后，经过滤，将粗产物用四氢呋喃洗涤三次，然后用去离子水洗涤三次，最后于真空烘箱中干燥24小时即得交联聚膦腈纳米管。
向500毫升烧瓶中加入合成的交联聚膦腈纳米管8.8克，加入350毫升去离子水，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，加入FeCl2固体2.55克，在25℃条件下，超声功率为240瓦，反应6小时。反应结束后通过离心分离得到粗产物，用去离子水洗涤三次，再用乙醇洗涤三次，干燥后即得顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂。
实例4
向1000毫升烧瓶中加入5克(14.4毫摩尔)六氯环三膦腈和10.8克(43.2毫摩尔)4，4’-二羟基二苯砜，再加入400毫升无水四氢呋喃，搅拌溶解，再将8.7克(86.4毫摩尔)三乙胺的150毫升无水四氢呋喃溶液加入到上述反应器中，在25℃条件下，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，反应结束后，经过滤，将粗产物用四氢呋喃洗涤三次，然后用去离子水洗涤三次，最后于真空烘箱中干燥24小时即得交联聚膦腈纳米管。
向500毫升烧瓶中加入合成的交联聚膦腈纳米管8.8克，加入350毫升去离子水，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，加入CuCl2固体2.25克，在25℃条件下，超声功率为240瓦，反应6小时。反应结束后通过离心分离得到粗产物，用去离子水洗涤三次，再用乙醇洗涤三次，干燥后即得顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂。
实例5
向1000毫升烧瓶中加入5克(14.4毫摩尔)六氯环三膦腈和10.8克(43.2毫摩尔)4，4’-二羟基二苯砜，再加入400毫升无水四氢呋喃，搅拌溶解，再将8.7克(86.4毫摩尔)三乙胺的150毫升无水四氢呋喃溶液加入到上述反应器中，在25℃条件下，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，反应结束后，经过滤，将粗产物用四氢呋喃洗涤三次，然后用去离子水洗涤三次，最后于真空烘箱中干燥24小时即得交联聚膦腈纳米管。
向500毫升烧瓶中加入合成的交联聚膦腈纳米管8.8克，加入350毫升去离子水，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，加入CoCl2固体3.25克，在25℃条件下，超声功率为240瓦，反应6小时。反应结束后通过离心分离得到粗产物，用去离子水洗涤三次，再用乙醇洗涤三次，干燥后即得顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂。
实例6
向1000毫升烧瓶中加入5克(14.4毫摩尔)六氯环三膦腈和10.8克(43.2毫摩尔)4，4’-二羟基二苯砜，再加入400毫升无水四氢呋喃，搅拌溶解，再将8.7克(86.4毫摩尔)三乙胺的150毫升无水四氢呋喃溶液加入到上述反应器中，在25℃条件下，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，反应结束后，经过滤，将粗产物用四氢呋喃洗涤三次，然后用去离子水洗涤三次，最后于真空烘箱中干燥24小时即得交联聚膦腈纳米管。
向500毫升烧瓶中加入合成的交联聚膦腈纳米管8.8克，加入350毫升去离子水，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，加入NiCl2固体3.25克，在25℃条件下，超声功率为240瓦，反应6小时。反应结束后通过离心分离得到粗产物，用去离子水洗涤三次，再用乙醇洗涤三次，干燥后即得顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂。
实例7
向1000毫升烧瓶中加入5克(14.4毫摩尔)六氯环三膦腈和10.8克(43.2毫摩尔)4，4’-二羟基二苯砜，再加入400毫升无水四氢呋喃，搅拌溶解，再将8.7克(86.4毫摩尔)三乙胺的150毫升无水四氢呋喃溶液加入到上述反应器中，在25℃条件下，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，反应结束后，经过滤，将粗产物用四氢呋喃洗涤三次，然后用去离子水洗涤三次，最后于真空烘箱中干燥24小时即得交联聚膦腈纳米管。
向500毫升烧瓶中加入合成的交联聚膦腈纳米管8.8克，加入350毫升去离子水，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，加入Ce(NO3)3固体3.75克，在25℃条件下，超声功率为240瓦，反应6小时。反应结束后通过离心分离得到粗产物，用去离子水洗涤三次，再用乙醇洗涤三次，干燥后即得顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂。
实例8
向1000毫升烧瓶中加入5克(14.4毫摩尔)六氯环三膦腈和10.8克(43.2毫摩尔)4，4’-二羟基二苯砜，再加入400毫升无水四氢呋喃，搅拌溶解，再将8.7克(86.4毫摩尔)三乙胺的150毫升无水四氢呋喃溶液加入到上述反应器中，在25℃条件下，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，反应结束后，经过滤，将粗产物用四氢呋喃洗涤三次，然后用去离子水洗涤三次，最后于真空烘箱中干燥24小时即得交联聚膦腈纳米管。
向500毫升烧瓶中加入合成的交联聚膦腈纳米管8.8克，加入350毫升去离子水，用超声波清洗器剧烈搅拌反应半小时，加入LaCl3固体3.85克，在25℃条件下，超声功率为240瓦，反应6小时。反应结束后通过离心分离得到粗产物，用去离子水洗涤三次，再用乙醇洗涤三次，干燥后即得顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂。

Claims (1)

1.顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：
(1)将六氯环三膦腈和4，4’-二羟基二苯砜溶解于干燥有机溶剂中，其中六氯环三膦腈的浓度为0.001～0.01克/毫升，再向反应体系中加入由缚酸剂三乙胺和有机溶剂组成的溶液，该溶液中三乙胺的浓度为0.005～0.05克/毫升，其中六氯环三膦腈和4，4’-二羟基二苯砜的摩尔比为1∶3，六氯环三膦腈和缚酸剂三乙胺摩尔比为1∶6，在室温或加热回流下搅拌反应0.5-3小时，反应结束后通过离心分离得到粗产物，用有机溶剂洗涤三次，再用去离子水洗涤三次，干燥后即得聚膦腈纳米管，其中所述的有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、乙醇；
(2)在反应容器中，将一定质量的聚膦腈纳米管超声分散在水中，再向反应体系中加入一定量的金属无机盐，在一定温度、一定超声功率条件下反应6小时，其中聚膦腈纳米管与金属无机盐的摩尔比为1∶0.5～5；反应结束后通过离心分离得到粗产物，用去离子水洗涤三次，再用乙醇洗涤三次，干燥后即得顺磁性聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂，其中所述的金属无机盐为GdCl3·6H2O、MnCl2、FeCl2、NiCl2。
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