CN104288789A - 钆掺杂的双功能碳纳米粒子及其制备方法和应用 - Google Patents

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何丹农
朱君
刘恬
姚艳杰
周涓
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Abstract

本发明涉及一种钆掺杂的双功能碳纳米粒子及其制备方法和应用。将商业化钆螯合物造影剂稀释成浓度为0.05-0.5mol/L的溶液，在溶液中加入小分子多酸/多糖，浓度为0-1mol/L，同时加入小分子胺化合物为桥联剂，浓度为0.01-0.1mol/L；在700W的微波炉中，用聚四氟乙烯罐加热2-10分钟，脉冲40秒，停20秒，产物冷却后过滤，用无水乙醇、水洗涤三次，真空抽干，即获得钆掺杂的双功能碳纳米粒子，这种钆掺杂的碳纳米粒子具有荧光成像和磁共振成像的双功能性质。制备的碳纳米粒子具有荧光/磁共振双模式成像功能，性能稳定、生物相容性好、荧光和磁共振信号均较强的特点。

Description

钆掺杂的双功能碳纳米粒子及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种双功能碳纳米粒子，具体涉及一种钆掺杂的碳纳米粒子的制备及其磁共振成像的应用技术。本方法属于纳米材料的制备和应用领域。
背景技术
开发新颖的合成路线是获取高性能材料的重要途径，因此制备方法的研究是获得尺寸、形貌、维度、单分散性稳定可靠的材料的前提。球形材料，具有密度低、稳定性好、表面渗透能力强及光学性质特殊等特性，因而在催化剂载体、轻质材料、微反应器等领域应用前景广阔。
碳纳米材料作为一种新型材料受到了人们越来越多的广泛关注，其在发光器件、能量存储、分离或作为润滑材料等方面都有巨大的应用前景。碳纳米材料的制备方法主要包括：水热法、气相沉积法、化学还原法、模板牺牲法、高温裂解法等。其中，水热法因制备工艺简单，可控性强，制备的碳球尺寸均匀，大小可控等优点，成为研究较多的方法之一。其基本原理在于：利用生物质原料，如蔗糖，葡萄糖，纤维素等，在水热条件下，发生分子发生分子间的脱水聚合反应，生成芳香类化合物和寡聚糖，当溶液达到临界过饱和度的时候，线状或枝状的寡聚糖或其他的带羧酸基的大分子将进行分子间的脱水，相互交连而碳化并团聚成球（Xiaoming Sun, Yadong Li, Colloidal carbon spheres and their core/shell structures with noble-metal nanoparticles, Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 597-601）。基于这样的原理，近年来，对碳纳米材料掺杂的研究受到越来越多的重视。例如，以氮、磷等元素掺杂碳纳米材料，可以提高碳纳米材料的发光性能，从而增强其在生物领域的应用（Xinyun Zhai, Peng Zhang, Changjun Liu, Tao Bai, Wenchen Li, Liming Dai, Wenguang Liu, Highly luminescent carbon nanodots by microwave-assisted pyrolysis, Chem. Commun., 2012, 48, 7955–7957；Wei Wang, Yongmao Li, Lu Cheng, Zhiqiang Cao, Wenguang Liu, Water-soluble and phosphorus-containing carbon dots with strong green fluorescence for cell labeling, J. Mater. Chem. B, 2014, 2, 46-48）。但是这种掺杂的目的均在于提高碳纳米材料本身的性能，而对于能赋予碳纳米材料新功能的制备方法却未见报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种钆掺杂的双功能碳纳米粒子及其制备方法和应用。
一种钆掺杂的双功能碳纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将商业化钆螯合物造影剂稀释成10毫升，浓度为0.05-0.5 mol/L的溶液，在溶液中加入小分子多酸/多糖，浓度为0-1 mol/L，同时加入小分子胺化合物为桥联剂，浓度为0.01-0.1 mol/L；在700 W的微波炉中，用聚四氟乙烯罐加热2-10分钟，脉冲40秒，停20秒，产物冷却后过滤，用无水乙醇、水洗涤三次，真空抽干，即获得钆掺杂的双功能碳纳米粒子，这种钆掺杂的碳纳米粒子具有荧光成像和磁共振成像的双功能性质。
所述的商业化钆螯合物造影剂为钆双胺（Gd-DTPA-BMA）、钆贝葡胺（Gd-BOPTA）、钆喷酸葡胺（Gd-DTPA）和钆特酸葡胺（Gd-DOTA）中的一种。
所述的小分子多酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的一种。
所述的小分子胺化合物为乙二胺、三乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种。
一种钆掺杂的双功能碳纳米粒子，其特征在于，根据上述任一所述方法制备得到。
一种钆掺杂的双功能碳纳米粒子在磁共振成像中的应用。
为实现这样的目的，在本发明的技术方案中，以钆螯合物造影剂，或者钆螯合物造影剂和小分子多酸/多糖为碳源，加入小分子桥联剂，通过微波脉冲技术，一步法制备出钆掺杂的碳纳米粒子。这种钆掺杂的碳纳米粒子具有荧光成像和磁共振成像的双功能性质。
该方法能通过一步法制备出掺杂钆离子的碳纳米粒子。制备的碳纳米粒子具有荧光/磁共振双模式成像功能，性能稳定、生物相容性好、荧光和磁共振信号均较强的特点。所得的产物能满足临床应用的需求
本发明的优点在于：
（1）本发明以商业化钆螯合物造影剂为基础，通过微波脉冲技术，一步法制备出钆掺杂的碳纳米粒子，所用原料生物安全性高。
（2）本发明制备的钆掺杂碳纳米粒子具有良好的物理化学稳定性、发光性能和磁共振成像双功能性质。
（3）本发明中的制备方法工艺简单，可操作性强，能进一步满足生产和应用。
附图说明
图1为实施例1所制备的钆掺杂碳纳米粒子的荧光发射图。
图2为实施例2所制备的钆掺杂碳纳米粒子的荧光发射图。
图3为实施例3所制备的钆掺杂碳纳米粒子的荧光发射图。
图4为实施例4所制备的钆掺杂碳纳米粒子的荧光发射图。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。
实施例1：
将钆喷酸葡胺稀释成10 ml，浓度为0.5 mol/L的溶液，加入浓度为0.1 mol/L的乙二胺作为桥联剂。在700 W的微波炉中，用聚四氟乙烯罐加热3分钟（脉冲40秒，停20秒），产物冷却后过滤，用无水乙醇、水洗涤三次，真空抽干，即获得钆掺杂的碳纳米粒子，这种钆掺杂的碳纳米粒子具有荧光成像和磁共振成像的双功能性质。
图1为所制备的钆掺杂碳纳米粒子的荧光发射图。另外，磁共振成像中信号强度为5376。
实施例2：
将钆喷酸葡胺稀释成10 ml，浓度为0.2 mol/L的溶液，在溶液中加入柠檬酸，浓度为0.2 mol/L，同时加入二乙醇胺作为桥联剂，浓度为0.04 mol/L。在700 W的微波炉中，用聚四氟乙烯罐加热5分钟（脉冲40秒，停20秒），产物冷却后过滤，用无水乙醇、水洗涤三次，真空抽干，即获得钆掺杂的碳纳米粒子，这种钆掺杂的碳纳米粒子具有荧光成像和磁共振成像的双功能性质。
图2为所制备的钆掺杂碳纳米粒子的荧光发射图。另外，磁共振成像中信号强度为4755。
实施例3：
将钆双胺稀释成10 ml，浓度为0.5 mol/L的溶液，在溶液中加入淀粉，浓度为1 mol/L，同时加入浓度为0.05 mol/L的二乙醇胺作为桥联剂。在700 W的微波炉中，用聚四氟乙烯罐加热8分钟（脉冲40秒，停20秒），产物冷却后过滤，用无水乙醇、水洗涤三次，真空抽干，即获得钆掺杂的碳纳米粒子，这种钆掺杂的碳纳米粒子具有荧光成像和磁共振成像的双功能性质。
图3为所制备的钆掺杂碳纳米粒子的荧光发射图。另外，磁共振成像中信号强度为2357。
实施例4：
将钆特酸葡胺稀释成10 ml，浓度为0.1 mol/L的溶液，在溶液中加入葡萄糖，浓度为1 mol/L，同时加入浓度为0.1 mol/L的三乙醇胺作为桥联剂。在700 W的微波炉中，用聚四氟乙烯罐加热8分钟（脉冲40秒，停20秒），产物冷却后过滤，用无水乙醇、水洗涤三次，真空抽干，即获得钆掺杂的碳纳米粒子，这种钆掺杂的碳纳米粒子具有荧光成像和磁共振成像的双功能性质。
图4为所制备的钆掺杂碳纳米粒子的荧光发射图。另外，磁共振成像中信号强度为4631。

Claims (6)

1.一种钆掺杂的双功能碳纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将商业化钆螯合物造影剂稀释成10毫升，浓度为0.05-0.5 mol/L的溶液，在溶液中加入小分子多酸/多糖，浓度为0-1 mol/L，同时加入小分子胺化合物为桥联剂，浓度为0.01-0.1 mol/L；在700 W的微波炉中，用聚四氟乙烯罐加热2-10分钟，脉冲40秒，停20秒，产物冷却后过滤，用无水乙醇、水洗涤三次，真空抽干，即获得钆掺杂的双功能碳纳米粒子，这种钆掺杂的碳纳米粒子具有荧光成像和磁共振成像的双功能性质。
2.根据权利要求1所述钆掺杂的双功能碳纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述的商业化钆螯合物造影剂为钆双胺（Gd-DTPA-BMA）、钆贝葡胺（Gd-BOPTA）、钆喷酸葡胺（Gd-DTPA）和钆特酸葡胺（Gd-DOTA）中的一种。
3.根据权利要求1所述钆掺杂的双功能碳纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述的小分子多酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的一种。
4.根据权利要求1所述钆掺杂的双功能碳纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述的小分子胺化合物为乙二胺、三乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种。
5.一种钆掺杂的双功能碳纳米粒子，其特征在于，根据上述任一权利要求所述方法制备得到。
6.由权利要求5所述钆掺杂的双功能碳纳米粒子在磁共振成像中的应用。
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