CN104548142A

CN104548142A - 一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法

Info

Publication number: CN104548142A
Application number: CN201410853396.4A
Authority: CN
Inventors: 沈明武; 胡勇; 丁玲; 杨�嘉; 张贵祥; 史向阳
Original assignee: Shanghai First Peoples Hospital; Donghua University
Current assignee: Shanghai First Peoples Hospital; Donghua University; National Dong Hwa University
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2034-12-31
Also published as: CN104548142B

Abstract

本发明涉及一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，NaBH₄还原法制备聚乙烯亚胺PEI包覆的Au纳米颗粒；通过改性“共沉淀”的方法，“一步”合成Fe₃O₄/Au-PEI复合纳米颗粒；然后，在其表面修饰HA，制备出Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针。本发明工艺简单，反应条件温和，易于操作；制备的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针具有较高弛豫率，良好的X射线衰减能力，良好的胶体稳定性和生物相容性，以及特定的CD44受体高表达肿瘤细胞的靶向能力，在体内肿瘤靶向MR/CT双模态成像诊断领域具有潜在的应用价值。

Description

一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法

技术领域

本发明属于磁共振和CT成像造影剂的制备领域，特别涉及一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法。

背景技术

近年来，四氧化三铁/金复合纳米颗粒在生物医学领域中受到越来越多的关注，特别是用作MR和CT双模态成像的造影剂，能有效地克服单模态成像的局限性和缺点，提高疾病诊断的准确度。本课题组已通过层层自组装的方法和简易的水热法制备出四氧化三铁/金复合纳米颗粒，并探索了其MR/CT诊断应用的可行性(专利号：ZL201310170267.0；Cai et al.J.Mater.Chem.,2012,22,15110-15120.专利号：ZL201310072165.5；Li et al.ACS Appl.Mater.Interfaces2013,5,10357-10366)。然而，自组装方法的反应过程复杂，产物制备周期长，产物中含金量低，r₂弛豫率低。水热法需要高温高压才能制备出四氧化三铁/金复合纳米颗粒，r₂弛豫率低。为了减少造影剂的剂量并达到灵敏检测的目的，制备具有更高弛豫率和高含金量的四氧化三铁/金复合纳米探针就显得尤为有意义。为了解决这一难题，我们尝试采用类似“一步”简易水热合成法的方案，在改性“共沉淀”制备纳米颗粒的过程中加聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine，PEI)包裹的Au纳米颗粒，从而实现简易的改性“共沉淀”方法“一步”制备PEI修饰的Fe₃O₄/Au复合纳米颗粒。数据表明，制备的Fe₃O₄/Au-PEI不仅具有良好的水溶性和胶体稳定性，而且同时表现出优良的T₂加权成像效果和X射线衰减能力，r₂的弛豫率高达264.16mM^-1s^-1左右，产物中Fe₃O₄与Au的摩尔比为1:1.01。同时兼具如此高的弛豫率和高含金量的复合纳米探针在目前的研究文章中为数不多。为了使制备的该种Fe₃O₄/Au-PEI复合纳米颗粒能有效地应用到生物体内特定肿瘤部位的成像检测，我们进一步在其表面修饰透明质酸(Hyaluronic acid，HA)，有效地提高了Fe₃O₄/Au复合纳米颗粒的水溶性、稳定性、生物相容性，并赋予了癌细胞靶向性。以CD44受体高表达的HeLa细胞(一种人宫颈瘤癌细胞)为模型细胞和肿瘤模型对制备的多功能纳米探针的性质进行一一评价。本研究制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针具备的良好特性，特别是高的r₂弛豫率和高含金量，有望实现不同疾病的准确和灵敏诊断，为Fe₃O₄/Au纳米颗粒有可能作为临床造影剂使用提供了可靠的依据。

检索国内外文献，尚没有发现关于用改性“共沉淀”法制备HA修饰的超顺磁氧化铁/金纳米复合探针用于体外癌细胞和体内肿瘤模型靶向MR/CT双模态成像研究的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，该方法工艺简单，反应条件温和，易于操作，成本较低；制备的Fe₃O₄/Au-HA 纳米探针能够长时间稳定地分散于水溶液中，不会出现团聚现象；所用的修饰剂PEI和HA均为廉价和环境友好材料，具有产业化实施的前景。

本发明的一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，包括：

(1)将氯金酸HAuCl₄·4H₂O溶液加入到聚乙烯亚胺PEI水溶液中，搅拌，得到混合溶液，然后向混合溶液中加入冰浴处理的NaBH₄溶液，继续冰浴搅拌1-2h，透析，冷冻干燥，得到Au-PEI纳米颗粒；

(2)将上述Au-PEI纳米颗粒溶解在水中，加入到铁盐的水溶液中，加热搅拌溶解，然后逐滴加入NaOH水溶液，搅拌，室温条件下反应1-2h，分离洗涤纯化，得到PEI修饰的Fe₃O₄/Au复合纳米颗粒Fe₃O₄/Au-PEI；其中铁盐、PEI、水、NaOH的比例为0.2～0.3g:0.08～0.1g:20～25mL:0.8～1.0g；

(3)将透明质酸HA溶液水中，然后加入EDC/NHS溶液，搅拌活化2-4h，得到活化后的HA，然后加入到Fe₃O₄/Au-PEI溶液中，搅拌反应2-4天，分离，洗涤，分散，得到Fe₃O₄/Au-HA纳米颗粒，即为透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针。

所述步骤(1)中PEI为超支化结构，PEI的分子量为25000。

所述步骤(1)中NaBH₄溶液的溶剂为体积比为1:2的乙醇/超纯水。

所述步骤(1)中透析为用截留分子量14000的透析袋透析2-4天。

所述步骤(1)中PEI、Au、NaBH₄的摩尔比为1:100:300。

所述步骤(2)中铁盐为二价铁离子盐或/和三价铁离子盐；其中二价铁离子、三价铁离子的摩尔比是1:1.25。

所述二价铁离子盐为FeCl₂·4H₂O，三价铁离子盐为FeCl₃·6H₂O。

所述步骤(2)中加热搅拌溶解温度为30-50℃，溶解时间为3-5min；加入NaOH水溶液，65-80℃搅拌10-30min。

所述步骤(3)中HA的分子量为5800，HA与Fe₃O₄/Au-PEI中PEI摩尔比是20:1；HA、EDC、NHS摩尔比是1:10:10。

所述步骤(3)中EDC/NHS溶液、Fe₃O₄/Au-PEI溶液的溶剂均为二甲基亚砜DMSO。

本发明通过NaBH₄还原法制备聚乙烯亚胺PEI包覆的Au纳米颗粒；通过改性“共沉淀”的方法，“一步”合成Fe₃O₄/Au-PEI复合纳米颗粒；然后，在其表面修饰HA，制备出Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针。

本发明合成了一种基于HA修饰的Fe₃O₄/Au纳米探针。为了克服裸露Fe₃O₄/Au普遍存在的聚集沉淀现象，并提高其在生物医学影像领域的可应用性，在反应过程中加入聚乙烯亚胺(PEI)用于介导Fe₃O₄/Au的合成，从而实现“一步”制备出胶体稳定性良好的PEI修饰的Fe₃O₄/Au纳米颗粒。为了进一步提高其生物相容性，使制备的该种Fe₃O₄/Au-PEI能有效地应用到生物体内，并实现特定肿瘤部位的成像检测，在其表面修饰透明质酸(HA)。此外，实验数据表明，制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针有很显著的T₂加权成像效果，r₂的弛豫率高达264.16mM^-1s^-1，且Fe₃O₄与Au的摩尔比为1:1.01。最后以CD44受体高表达的HeLa细胞(一种人宫颈瘤癌细胞)为模型细胞和移植瘤模型对制备的多功能纳米探针的性质进行一一评价。本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针在生物医学方面表现出良好特性，特别是很高的r₂弛豫率和较高的含金量，有望实现不同疾病的准确和灵敏诊断，为Fe₃O₄/Au纳米探针用作临床造影剂提供可靠的依据。

本发明操作简便易行，原材料成本低。制备的纳米颗粒具有良好的胶体稳定性和生物相容性。与CD44受体低表达(透明质酸阻断)的对照组癌细胞相比，HA修饰的Fe₃O₄/Au纳米探针使得CD44受体高表达的肿瘤细胞或肿瘤部位MR信号更低，CT信号更高，表明其具有对高CD44受体表达的癌细胞或肿瘤部位有更好的靶向性。从而说明该方法制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针在MR/CT双模态影像诊断领域有着潜在的应用。

本发明使用X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)、Zeta电势及动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)等方法表征制备的复合纳米探针，并通过磁共振成像和CT成像测定纳米探针的T₂弛豫性能和X射线衰减性能，然后通过溶血实验和MTT实验评价纳米探针的溶血性和细胞毒性，再利用细胞普鲁士蓝染色、细胞吞噬实验以及体外癌细胞和体内肿瘤MR/CT成像实验检测HA修饰的Fe₃O₄/Au纳米探针的靶向诊断效果。具体测试结果如下：

(1)X射线衍射(XRD)测试结果

通过对比和分析X射线衍射图谱可知，改性“共沉淀”方法合成的Fe₃O₄/Au-PEI纳米颗粒(图1)分别与Fe₃O₄和Au纳米颗粒的标准图谱对应，表明PEI修饰的Fe₃O₄/Au纳米颗粒复合了Fe₃O₄和Au纳米颗粒。

(2)热重分析(TGA)测试结果

为了检测PEI和HA在Fe₃O₄/Au复合纳米颗粒中的上载量，分别对Fe₃O₄/Au-PEI(a)和Fe₃O₄/Au-HA(b)纳米颗粒进行了TGA测试。由图2可以看出，Fe₃O₄/Au-PEI在温度升至700℃时，重量约为原来的94.75％，经过计算，PEI上载量约为5.25％；修饰HA后，Fe₃O₄/Au-HA在温度升至700℃时，重量为原来的91.94％，经过计算，HA上载量约为2.81％，由此表明PEI和HA均已成功修饰到Fe₃O₄/Au复合纳米颗粒的表面。

(3)电势和水动力粒径测试结果

电势结果显示HA修饰前后Fe₃O₄/Au复合纳米颗粒的表面电势是+36.1mV和-19.6mV；其分散于水中后的水动力粒径分别是339.3nm和342.2nm(表1)。说明HA的修饰过程使得纳米颗粒的水动力粒径和电势均发生了变化，进一步证明了HA成功到修饰Fe₃O₄/Au复合纳米颗粒表面。

(4)透射电子显微镜(TEM)测试结果

通过TEM观察本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的形态和尺寸(如图3)。TEM测试结果显示复合纳米颗粒中Fe₃O₄纳米颗粒的形貌均是球形或准球形，粒径约为9.69nm，外围被一层大分子壳层包围；金纳米颗粒不均匀地分布在四氧化三铁的外围，说明合成的复合纳米探针是以四氧化三铁为核、金纳米颗粒为壳的核壳结构。

(5)弛豫率测量结果

r₂弛豫率反映Fe₃O₄/Au-HA纳米探针作为MR造影剂的效率，为单位摩尔浓度铁的横向弛豫时间(T₂)，可通过不同浓度下的T₂的倒数拟合计算得到。图4为本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的T₂弛豫时间倒数与Fe浓度的线性拟合图，可以看出复合纳米探针的弛豫时间倒数随着铁浓度的增加(在0.0025-0.04mM浓度范围内)具有很好的线性关系。并且通过计算可得本发明制备的复合纳米探针的r₂弛豫率高达264.16mM^-1s^-1。因此，本发明所制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米颗粒可作为MR成像的优良T₂信号衰减造影剂。

(6)X射线衰减特性测量结果

通过CT成像测定本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的X射线衰减性能，以评估其CT成像效果。图5表示CT值随金浓度增加(2、4、8和16mM)的线性拟合图，可以看出Fe₃O₄/Au-HA纳米探针随着金浓度的增加具有很好的线性关系。说明了本发明制备的复合纳米探针作为CT成像造影剂的潜力。

(7)溶血实验测试结果

通过溶血实验评价本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的血液相容性，以确保制备的纳米探针能安全地应用于生物体内进行成像诊断。纳米探针溶血性的测定分别以PBS缓冲液和水处理的红细胞作为阴性和阳性对照进行比较。如图6，在一定的纳米颗粒浓度范围内(50-400μg/mL)，纳米探针溶血率很低，即使在浓度高达400μg/mL时，溶血率仅为0.98％，说明本发明制备的纳米探针具有很好的血液相容性，因此可以安全地用于体内成像实验的研究。

(8)MTT细胞活力测试结果

通过MTT比色法测定HeLa细胞的活力，以此来评价本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的细胞相容性(如图7)。HeLa细胞与Fe₃O₄/Au-HA纳米探针(Fe浓度分别为0、0.2、0.4、0.8、1.5和2.0mM)在37℃下共培养24小时。然后，经MTT处理后在570nm处测量吸光值，并根据此值计算细胞的活力。纳米探针对细胞增殖的影响以PBS缓冲液处理的细胞为对照进行比较。与PBS对照组相比，在Fe的实验浓度为0到2.0mM范围内，Fe₃O₄/Au-HA纳米探针对HeLa细胞的存活率的影响没有显著性差异，细胞存活率均在80％以上。这充分说明本发明制备的纳米探针具有良好的细胞相容性，可以应用到细胞水平或生物体内成像诊断。

(9)细胞吞噬实验结果

通过ICP-OES检测HeLa细胞对本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针在不同Fe浓度下的吞噬量(如图8)来检测HA的靶向性效果。纳米探针(Fe浓度为0.2、0.4和0.6mM)分别与CD44受体高低表达的HeLa细胞在37℃下共培养4小时，然后通过ICP-OES检测细胞的Fe元素的吞噬量。如图8所示，在Fe浓度0.2-0.6mM范围内，Fe₃O₄/Au-HA纳米探针培养的CD44受体高表达(未被HA阻断)的HeLa细胞对Fe元素的吞噬量明显高于低CD44受体表达(被HA阻断)的HeLa细胞。结果表明，HA的修饰使得Fe₃O₄/Au-HA对CD44受体高表达的HeLa细胞有特异靶向能力。

(10)普鲁士蓝染色结果

Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的靶向性同样也通过普鲁士蓝染色来验证。如图9所示，PBS(对照)和本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针(Fe浓度为0.2、0.4和0.6mM)分别与高低CD44表达的HeLa细胞在37℃下共培养4小时，然后用普鲁士蓝染色，在相差显微镜下观察细胞吞噬纳米探针后所显现出的染色情况。从图9可以看出，经过PBS处理的细胞没有被染色(9a，e)；经过Fe₃O₄/Au-HA纳米探针处理后的CD44受体低表达(9b，c，d)和高表达(9f，g，h)的HeLa细胞膜和细胞内均显现出蓝色；而CD44低受体表达的HeLa细胞膜和细胞内显现出的蓝色深度较CD44受体高表达的HeLa细胞浅，这进一步说明HA修饰的Fe₃O₄/Au纳米探针对CD44受体高表达的HeLa细胞有很好的靶向性。

(11)体外细胞MR成像结果

在体内实验之前，评价了本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的细胞MR成像效果(如图10)。CD44受体低表达(a1)和CD44受体高表达(a2)的HeLa细胞分别与Fe₃O₄/Au-HA纳米探针(Fe浓度为0.1、0.2、0.4和0.6mM)在37℃下共培养6小时，并且以PBS处理的细胞作为对照组。从图10a中可以看出，随着Fe浓度的增加，Fe₃O₄/Au-HA纳米探针处理后的两组细胞均表现出MR信号衰减的趋势，说明随着Fe浓度的增加，细胞对纳米颗粒的吞噬量也增加。需要指出的是，在相同的Fe浓度下，CD44受体高表达的HeLa细胞比CD44受体低表达的HeLa细胞的MR信号降低更明显，说明CD44受体高表达的HeLa细胞对Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的吞噬量要大大高于被HA阻断后CD44低表达的HeLa细胞的吞噬量。图10b是细胞经过不同浓度的纳米颗粒处理后的MR信号值，从图中明显看出，随着Fe浓度的增加，细胞的MR信号值均逐渐降低，而且在相同的Fe浓度下，CD44受体高表达的HeLa 细胞比CD44受体低表达的HeLa细胞的MR信号值更低。这些结果不仅说明制备的纳米颗粒具有很好的细胞MR成像效果，而且证明了Fe₃O₄/Au-HA纳米探针对CD44受体高表达的HeLa细胞的特异靶向性。

(12)体外细胞CT成像结果

在体内实验之前，评价了本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的细胞CT成像效果(如图11)。CD44受体低表达(a1)和CD44受体高表达(a2)的HeLa细胞与Fe₃O₄/Au-HA纳米探针(Au浓度为0.125、0.25、0.5和1.0mM)在37℃下共培养6小时，并且以PBS处理的细胞作为对照组。从图11a中可以看出，随着Au浓度的增加，Fe₃O₄/Au-HA纳米探针处理后的细胞均表现出CT信号增强的趋势，说明随着Au浓度的增加，细胞对纳米颗粒的吞噬量也增加。需要指出的是，在相同的Au浓度下，CD44受体高表达的HeLa细胞比CD44受体低表达的HeLa细胞的CT信号升高更明显，说明CD44受体高表达的HeLa细胞对Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的吞噬量要大大高于CD44受体低表达HeLa细胞的吞噬量。图11b是细胞经过不同浓度的纳米颗粒处理后的CT值，从图中明显看出，随着Au浓度的增加，细胞的CT值均逐渐增加，而且在相同的Au浓度下，CD44受体高表达的HeLa细胞比CD44受体低表达的HeLa细胞的CT值更高。这些结果不仅说明制备的纳米颗粒具有很好的细胞CT成像效果，而且证明了Fe₃O₄/Au-HA纳米探针对CD44受体高表达的HeLa细胞的特异靶向性。

(13)体内肿瘤MR成像结果

裸鼠随机分成三组，a组直接尾静脉注射本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的PBS溶液；b组先尾静脉注射HA，1h后注射本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的PBS溶液；c组注射混有HA的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的PBS溶液。用临床核磁共振体系(1.5T)评价肿瘤部位(圆圈标出处)的MR成像效果，如图12a。与注射纳米探针前的对照组相比较，在注射0.5h后，三组裸鼠肿瘤部位均开始变暗，2h后达到最暗。在注射4h后，三个实验组的裸鼠肿瘤部位明暗程度都逐渐恢复，说明此时纳米材料随着血液循环已经从肿瘤部位逐渐代谢出去。图12b是相应注射时间的肿瘤MR信号值变化，在注射0.5h后，两组裸鼠肿瘤部位的信号值均降低，2h后信号值后达到最低。在注射4h后，两组裸鼠肿瘤部位MR信号值均有所增加，这与图12a的结果一致。值得一提的是，图12a和图12b均表明：随着时间的推移，仅仅注射Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的裸鼠肿瘤MR信号强度一直低于其他两种方式注射HA阻断CD44受体后的裸鼠肿瘤MR信号强度。这些结果说明本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针具有很好的肿瘤靶向能力，能成功应用于体内靶向MR肿瘤成像诊断。

(14)体内肿瘤CT成像结果

裸鼠随机分成三组，a组直接尾静脉注射本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的PBS溶液；b组先尾静脉注射HA，1h后注射本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的PBS溶液；c组注射混有HA的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的PBS溶液。用临床计算机断层扫描系统评价肿瘤部位(箭头指向处)的CT成像效果，如图13a。与注射纳米探针前的对照组相比较，在注射0.5h后，三组裸鼠肿瘤部位均开始变亮，2h后达到最亮。在注射4h后，三组裸鼠肿瘤部位的明暗程度都逐渐恢复，说明此时纳米材料随着血液循环已经从肿瘤部位逐渐代谢出去。相应注射时间的肿瘤CT值变化，在注射0.5h后，三组裸鼠肿瘤部位的CT值均升高，2h后CT值达到最高。在注射4h后，三组裸鼠肿瘤部位CT值均有所降低，这与图13a的结果一致。值得一提的是，图13a和图13b均表明：随着时间的推移，仅仅注射Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的裸鼠肿瘤CT信号强度一直高于其他两种方式注射HA阻断CD44受体后的裸鼠肿瘤CT信号强度。这些结果说明本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针具有很好的肿瘤靶向能力，能成功应用于体内靶向CT肿瘤成像诊断。

有益效果

(1)本发明采用简单的改性“共沉淀”法制备水溶性良好的PEI修饰的Fe₃O₄/Au复合纳米颗粒，然后在纳米颗粒表面修饰HA，即得到用于MR/CT双模态成像的多功能Fe₃O₄/Au纳米探针；此法操作工艺简单，反应条件温和，易于操作分离，所用均为廉价的和环境友好的材料，具有实施商业化的前景；

(2)本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米颗粒能够长时间地稳定分散于水溶液中，没有出现团聚现象；PEI的包覆增加了Fe₃O₄/Au复合纳米颗粒的稳定性，HA的表面修饰增加了Fe₃O₄/Au复合纳米颗粒的生物相容性和亲水性，而且赋予纳米颗粒对高CD44受体表达肿瘤细胞和肿瘤部位的特异性靶向能力。这些优点使制备的HA修饰的Fe₃O₄/Au纳米颗粒可以有效地用作体内靶向MR/CT双模态成像的造影剂。

附图说明

图1是本发明制备的Fe₃O₄/Au-PEI纳米颗粒的X射线衍射图；

图2是本发明制备的Fe₃O₄/Au-PEI(a)和Fe₃O₄/Au-HA(b)的热重分析图；

图3是本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA的透射电镜图片；其中插图为高分辨透射电镜图片；

图4是本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的T₂弛豫时间倒数与铁浓度的线性关系图；

图5是本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的CT值与金浓度的线性关系图；

图6是新鲜人红细胞(HRBCs)与本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针混合2小时后，测定的UV-Vis光谱，PBS和水分别作为阴性和阳性对照(右下插图是人红细胞处理2h离心后的图片，右上插图是放大的UV-Vis光谱)；

图7是MTT法测试的HeLa细胞经过PBS缓冲液(对照)和本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针(铁的浓度范围在0.2-2.0mM)处理24小时后的细胞活力；

图8是CD44受体低表达(被HA阻断)和CD44受体高表达(未被HA阻断)的HeLa细胞与经过PBS缓冲液(对照)和本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的PBS溶液(铁的浓度为0.2、0.4和0.6mM)共培养4小时后，细胞中铁的吞噬量；

图9是CD44受体低表达(a-d)和CD44受体高表达(e-h)的HeLa细胞与经过PBS缓冲液(对照)和本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的PBS溶液(铁的浓度为0.2、0.4和0.6mM)共培养4小时后，细胞中铁的普鲁士蓝染色结果；

图10是CD44受体低表达(a1)和CD44受体高表达(a2)的HeLa细胞分别与本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针(铁浓度范围在0.1-0.6mM)共培养6小时后的细胞T₂MR成像图片(a)和相应的MR信号值变化(b)；

图11是CD44受体低表达(a1)和CD44受体高表达(a2)的HeLa细胞分别与本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针(金浓度范围在0.125-1.0mM)共培养6小时后的细胞CT成像图片(a)和相应的CT值变化(b)；

图12是三组裸鼠尾静脉注射本发明制备的本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的PBS溶液(Fe：215.29mM，0.1mL)后不同时间点裸鼠肿瘤的T₂MR成像图片(a)和相应的MR信号值变化(b)；

图13是三组裸鼠尾静脉注射本发明制备的本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的PBS溶液(Au：50mM，0.1mL)后不同时间点裸鼠肿瘤的CT成像图片(a)和相应的CT值变化(b)。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将5.4mL HAuCl₄·4H₂O溶液(30mg/mL)加入到50mL PEI(100mg)水溶液中，搅拌30分钟；然后，向混合液中加入冰浴处理的0.9mL NaBH₄(45.4mg)溶液(乙醇/超纯水，v/v＝1:2)，继续冰浴搅拌1-2h；反应结束后，用截留分子量14000的透析袋透析三天(9次，2L/次)，冷冻干燥，得到Au-PEI纳米颗粒粉末，储存于-20℃备用。

将上述制备的Au-PEI粉末溶解于10mL水中，再加入到10mL FeCl₂·4H₂O(0.089g)和FeCl₃·6H₂O(0.157g)混合的水溶液中，50℃下加热搅拌3-5分钟，使其充分溶解；接着，向混合溶液中逐滴加入加入5mL NaOH(1.0g)水溶液，80℃下搅拌30分钟；室温下反应1-2h；反应结束后，将产物磁分离洗涤纯化，即得PEI修饰的Fe₃O₄/Au纳米颗粒，储存于4℃备用；取3mL纳米颗粒溶液，真空冷冻干燥用于X射线衍射(XRD)检测和热重分析(TGA)。XRD结果显示了Fe₃O₄/Au复合纳米颗粒的晶体结构为四氧化三铁和金纳米颗粒的复合产物(见附图1)；TGA结果显示PEI上载量为约为5.25％(见附图2)。

实施例2

将实施例1中的10mL Fe₃O₄/Au-PEI(25mg)水溶液磁分离，分散到10mL DMSO溶液中；接着将HA(Mw＝5808，9mg)溶于5mL 70℃的水中，向其中加入5mL含有EDC(2.98mg)和NHS(1.79mg)的DMSO溶液，搅拌活化2～4h；再将活化的HA加入到上述Fe₃O₄/Au-PEI的DMSO溶液中，搅拌反应2～4天，磁分离洗涤并分散于水中，得到Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针。取3mL纳米颗粒溶液，真空冷冻干燥用于热重分析。TGA结果显示HA上载量为约为2.81％(见附图2)。

实施例3

取本发明制备的Fe₃O₄/Au-PEI(实施例1)和Fe₃O₄/Au-HA(实施例2)的悬浮液100μL，用超纯水分别配制成1.5mL的水溶液用于测表面电势和水动力直径(见附表1)。电势结果显示HA修饰前后纳米颗粒的表面电势分别是+36.1mV和-19.6mV，而其分散于水中的水动力粒径分别是339.3nm和342.2nm。

取本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针(实施例2)水溶液各5μL，然后用超纯水分别配制成100μL的纳米颗粒悬浮液。并取5μL纳米颗粒悬浮液滴在铜网表面，在空气中晾干后用于TEM测试(见附图3)。TEM测试结果显示复合纳米颗粒中四氧化三铁纳米颗粒的形貌均是球形或准球形，粒径约为9.69nm，外围被一层大分子壳层包围；金纳米颗粒不均匀地分布在四氧化三铁的外围，说明合成的复合纳米探针是以四氧化三铁为核、金纳米颗粒为壳的核壳结构。

实施例4

将本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针(实施例2)水溶液通过ICP-OES测试法测定Fe和Au元素的浓度，接着在EP管中用超纯水配制Fe浓度依次为0.0025、0.005、0.01、0.02和0.04mM的水溶液2mL，通过磁共振成像仪测定材料在不同的Fe浓度下的T₂弛豫效应(见附图4)。弛豫率测试结果表明复合纳米探针的弛豫时间倒数随着Fe浓度的增加(在0.0025-0.04mM浓度范围内)具有很好的线性关系。并且通过计算可得本发明制备的 Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针的r₂弛豫率高达264.16mM^-1s^-1。因此，本发明所制备的纳米探针有潜力作为MR成像的优良T₂信号衰减造影剂。接着，在EP管中用超纯水配制Au浓度依次为2、4、8和16mM的水溶液2mL，通过临床CT成像测定材料在不同的Au浓度下的X射线衰减性能(见附图5)。CT测试结果表明复合纳米探针的CT值随着Au浓度的增加(在2-16mM浓度范围内)具有很好的线性关系。因此，本发明所制备的纳米探针有潜力用作MR/CT双模态成像造影剂。

实施例5

通过溶血实验评价本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针(实施例2)的血液相容性，以确保制备的纳米探针能安全地应用于生物体内进行成像诊断。称取冻干的Fe₃O₄/Au-HA纳米探针1mg，分散于PBS中配置浓度为50、100、200和400μg/mL的纳米颗粒悬浮液。取适量的人新鲜血液，首先(2000rpm/min，5min)去上清液，然后再将血红细胞用PBS洗涤5次，收集健康的红细胞并用PBS稀释10倍。再将Fe₃O₄/Au-HA纳米探针的PBS溶液(50-400μg/mL)与红细胞混合均匀后静置2h，10000rpm/min离心1min后，拍照并测上清液的紫外吸光光谱。该过程以PBS作为阴性对照，以超纯水作为阳性对照。如附图6，在一定的纳米颗粒浓度范围内(50-400μg/mL)，溶血率很低，即使在浓度高达400μg/mL时，溶血率仅为0.98％，说明本发明制备的纳米探针具有很好的血液相容性，因此可以安全地用于体内成像实验的研究。

实施例6

以HeLa细胞为模型细胞评价本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针(实施例2)对细胞活力的影响。用无菌PBS配置不同浓度纳米颗粒的PBS溶液，并用紫外照射过夜杀菌。将HeLa细胞种植于96孔板，每孔1×10⁴，培养过夜贴壁。再与本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探(Fe浓度为0、0.2、0.4、0.8、1.5和2.0mM)在37℃和5％CO₂下共培养24小时。然后，向培养板孔中加入20μL MTT，继续在37℃下培养4小时，弃去培养液，并加入200μL DMSO，振荡15分钟，在570nm处测量吸光值，并根据此值计算细胞的活力(见附图7)。与PBS对照组相比，Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针在Fe的实验浓度为0到2.0mM范围内对HeLa细胞存活率的影响没有显著性差异，细胞存活率均在80％以上。这充分说明本发明合成的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针具有良好的生物相容性，可以应用到生物体内MR/CT双模态成像检测。

实施例7

通过ICP-OES检测HeLa细胞经过不同浓度的本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针(实施例2)处理后的吞噬情况(见附图8)，以此评估HeLa细胞对材料的吞噬量，并评价 HA修饰的Fe₃O₄/Au的靶向性效果。将2×10⁵个HeLa细胞种植于12孔细胞培养板中，在37℃和5％CO₂下培养过夜，使细胞贴壁，然后弃去培养基，一组HeLa细胞用含有HA(2mM)的DMEM培养基培养，用来阻断CD44受体(CD44受体低表达的HeLa细胞)，另一组细胞不作任何处理，仅换成新鲜的DMEM培养基(CD44受体高表达的HeLa细胞)。2h后，再用含Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针的DMEM培养液(Fe浓度为0.2、0.4和0.6mM)在37℃和5％CO₂下培养4小时。培养结束后用PBS清洗3次，再胰酶消化、离心，加入2mL王水消化24h，通过ICP-OES检测细胞中Fe的吞噬量。结果表明，Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针培养的CD44受体高表达的HeLa细胞的Fe的吞噬量明显高于CD44受体低表达的HeLa细胞的Fe的吞噬量，说明HA的修饰赋予了Fe₃O₄/Au复合纳米颗粒对CD44受体高表达的HeLa细胞的特异靶向能力。

实施例8

通过普鲁士蓝染色法来进一步验证HA修饰的Fe₃O₄/Au复合纳米探针(实施例2)的靶向性效果。将2×10⁵个HeLa细胞种植于12孔细胞培养板中，在37℃和5％CO₂下培养过夜，使细胞贴壁，然后弃去培养基。HA处理后，分为CD44受体高表达和CD44受体低表达的HeLa细胞。然后，用含Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针的DMEM培养液(Fe浓度为0.2、0.4和0.6mM)在37℃和5％CO₂下培养4小时。培养结束后先后用PBS清洗3次，戊二醛(2.5％)固定10-15min，PBS清洗2-3次，普鲁士蓝染色液染色，PBS清洗2-3次。然后在相差显微镜下观察细胞吞噬纳米颗粒后的染色情况(见附图9)。从图中可以看出，经过PBS处理的细胞没有被染色；CD44受体低表达的HeLa细胞膜和细胞内显现出较浅的染色效果；CD44受体高表达的HeLa细胞显现出较深的染色效果，这进一步说明Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针对CD44受体高表达的HeLa细胞有很好的靶向性，从而为该材料成功高效地应用到体内靶向MR/CT双模态成像提供了可靠的依据。

实施例9

在体内实验之前，评价了本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针(实施例2)的细胞MR成像效果(见附图10)，将2×10⁶个HeLa细胞接种在六孔板中，培养过夜使其贴壁，弃去培养基。HA处理后，分为CD44受体高表达和CD44受体低表达的HeLa细胞。然后，用含Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针的DMEM培养液(Fe浓度为0.1、0.2、0.4和0.6mM)在37℃和5％CO₂下与两种HeLa细胞共培养6小时。并且以PBS处理的细胞作为对照组。培养结束后用PBS清洗5次，再胰酶消化、离心、过滤，最后分散在1mL PBS(含0.5％琼脂糖)中，用临床核磁共振成像评价细胞的MR成像效果。在图10a中，随着Fe浓度的增加，两组细胞均表现出MR信号衰减的趋势，说明随着Fe浓度的增加，细胞对纳米颗粒的吞噬量也增加。需要指出的是，在相同的Fe浓度下，Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针处理后的CD44受体高表达(a2)的HeLa细胞比CD44受体低表达(a1)的HeLa细胞的MR信号降低更明显，说明CD44受体高表达的HeLa细胞对Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针的吞噬量要大大高于CD44受体低表达的HeLa细胞对纳米探针的吞噬量。图10b是细胞经过不同浓度的纳米探针处理后的MR信号值，从图中明显看出，随着Fe浓度的增加，细胞的MR信号值均逐渐降低。而在相同的Fe浓度下，CD44受体高表达的HeLa细胞的MR信号值要明显低于CD44受体低表达的HeLa细胞的MR信号值。这些结果不仅说明本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针具有很好的细胞MR成像效果，而且证明了Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针对CD44受体高表达的HeLa细胞的特异靶向能力。

类似的，用含Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针的DMEM培养液(Au浓度为0.125、0.25、0.5和1.0mM)培养两组HeLa细胞，用临床CT成像评价细胞的CT成像效果，从附图11中可以看出，CD44受体高表达(a2)的HeLa细胞比CD44受体低表达(a1)的HeLa细胞的CT信号升高更明显；CD44受体高表达的HeLa细胞的CT值要明显高于CD44受体低表达的HeLa细胞的CT值。这进一步说明Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针的CT成像能力和对CD44受体高表达的HeLa细胞有很好的靶向性。从而为该材料成功高效地应用到体内靶向MR/CT双模态成像提供了可靠的依据。

实施例10

为了验证本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针(实施例2)对肿瘤的靶向特异性，a组裸鼠尾静脉注射Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针(Fe：215.29mM，Au：50mM，0.1mL PBS)；b组裸鼠先尾静脉注射HA(10mM，0.1mL)，1h后再尾静脉注射Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针(Fe：215.29mM，Au：50mM，0.1mL PBS)；c组裸鼠尾静脉注射混有HA(10mM)的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针(Fe：215.29mM，Au：50mM，0.1mL PBS)。分别用临床核磁共振成像和CT成像评价肿瘤部位的MR/CT双模态成像效果(见附图12a和附图13a)。与注射纳米探针前的对照组相比较，在注射探针后0.5h，三组肿瘤部位MR图像均开始变暗，CT图像均变亮；2h的时候，MR图像达到最暗，CT图像最亮；4h后，三组裸鼠肿瘤部位的MR或CT明暗程度都逐渐恢复，说明此时纳米材料随着血液循环已经从肿瘤部位逐渐代谢出去。图12b和图13b是相应注射探针时间的肿瘤MR信号值和CT值变化，在注射探针0.5h后，三组裸鼠肿瘤部位的MR信号值均降低，CT值均增高；2h的时候，MR信号值达到最低，CT值达到最高；4h后，三组裸鼠肿瘤部位MR信号值均有所增加，CT值均有所下降，这与图12a，13a的结果一致。值得一提的是，图12和图13均表明：随着时间的推移，仅注射Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针的裸鼠肿瘤MR信号强度一直低于其他组裸鼠肿瘤MR信号强度，CT信号强度一直高于其他组裸鼠肿瘤CT信号强度。这些结果说明本发明制备的Fe₃O₄/Au-HA复合纳米探针具有很好的肿瘤靶向能力，能成功应用于体内靶向肿瘤MR/CT双模态成像诊断。

表1.纳米颗粒分散于水中的电势和水动力粒径

Claims

1.一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中PEI为超支化结构，PEI的分子量为25000。

3.根据权利要求1所述的一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中NaBH₄溶液的溶剂为体积比为1:2的乙醇/超纯水。

4.根据权利要求1所述的一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中透析为用截留分子量14000的透析袋透析2-4天。

5.根据权利要求1所述的一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中PEI、Au、NaBH₄的摩尔比为1:100:300。

6.根据权利要求1所述的一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中铁盐为二价铁离子盐或/和三价铁离子盐；其中二价铁离子盐、三价铁离子盐的摩尔比是1:1.25。

7.根据权利要求6所述的一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，其特征在于：所述二价铁离子盐为FeCl₂·4H₂O，三价铁离子盐为FeCl₃·6H₂O。

8.根据权利要求1所述的一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中加热搅拌溶解温度为30-50℃，溶解时间为3-5min；加入NaOH水溶液，65-80℃搅拌10-30min。

9.根据权利要求1所述的一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中HA的分子量为5800，HA与Fe₃O₄/Au-PEI中PEI摩尔比是20:1；HA、EDC、NHS摩尔比是1:10:10。

10.根据权利要求1所述的一种透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁/金复合纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中EDC/NHS溶液、Fe₃O₄/Au-PEI溶液的溶剂均为二甲基亚砜DMSO。