CN104740654B - 磁性纳米颗粒磁共振造影剂和增强磁性纳米颗粒弛豫率的方法 - Google Patents

Abstract

磁性纳米颗粒磁共振造影剂和增强磁性纳米颗粒弛豫率的方法，本发明属于纳米化学及生物医学领域，特别涉及利用端基具有共轭结构的配体修饰磁性纳米颗粒，获取高性能磁性纳米颗粒磁共振造影剂。利用具有共轭结构的配体修饰磁性纳米颗粒，能大大增强磁性纳米颗粒磁共振造影剂的横向弛豫率，具有广阔的应用前景。

Description

磁性纳米颗粒磁共振造影剂和增强磁性纳米颗粒弛豫率的 方法

技术领域

本发明涉及纳米化学及生物医学领域，特别涉及利用端基具有共轭结构的配体修饰磁性纳米颗粒，获取高性能磁性纳米颗粒磁共振造影剂。

背景技术

磁性纳米颗粒由于其独特的磁学性质，在磁共振成像、磁共振检测、生物分离等领域已经得到了广泛的研究和应用，特别是在磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)领域。由于MRI能够提供良好的解剖学信息，是目前临床诊断最有效的手段之一，其在软组织病变的发现和定性诊断中具有独特的优势，特别是在肿瘤的诊断中起着重要的作用。到目前为止，MRI已经能够安全无创地获得高质量的三维图像，并具有较高的空间分辨率。然而，磁共振成像较低的灵敏度使其在实际诊断中仍然需要采用磁共振造影剂来提高图像对比度。

磁性纳米材料作为磁共振造影剂已经得到了广泛的研究和临床应用，其中超顺磁性氧化铁纳米颗粒及含钆顺磁性纳米颗粒在肿瘤诊断领域展现出广阔的应用前景。早在1996年美国食品和药物管理局就已经批准了磁性氧化铁纳米颗粒磁共振造影剂但早期的磁性氧化铁纳米颗粒针对肿瘤的诊断均是基于被动靶向(Adv.DrugDeliv.Rev.2008，60，1252.)，即利用肿瘤组织所具有的高通透和高滞留效应(EPR效应)，磁性氧化铁纳米颗粒在通过血液循环到达肿瘤部位后，可渗入肿瘤组织，从而能够在肿瘤部位富集从而实现T2造影增强效果。近年来，随着磁性纳米颗粒合成技术和表面修饰技术的高速发展，新型磁性纳米颗粒磁共振分子影像探针得到了广泛研究。利用肿瘤细胞膜表面高表达的某些特征标志物，通过磁性纳米颗粒耦联对这些特征标志物具有特异性识别功能的靶向分子，如：抗体、多肽等(Adv.Mater.，2006，18，2553；ACSNano，2013，7，7227；ACSNano，2013，7，330)，可得到对肿瘤部位进行主动靶向识别的磁共振分子影像探针。这种探针可通过EPR效应进入肿瘤组织，再通过其靶向分子与肿瘤细胞特征分子的特异性结合，进一步提高肿瘤的磁共振造影增强效果。但是，不管是早期的基于被动靶向的磁性纳米颗粒，还是近年来发展的基于主动靶向的磁性纳米颗粒磁共振分子影像探针，其对肿瘤诊断的灵敏度和准确性均和磁性纳米颗粒的磁共振造影性能密切相关。

磁性纳米颗粒的磁共振造影性能受其尺寸的影响，如大尺寸(>5nm)的Fe₃O₄纳米颗粒由于具有较大的磁矩，因而通常被用作T2造影剂。而且颗粒尺寸越大，饱和磁化强度越强，T2加权像的对比增强效果也越显著(J.Acc.Chem.Res.2008，41，179)。但在通过增加Fe₃O₄纳米颗粒尺寸增强其T2造影效果的同时，也会缩短其血液循环时间，不利于纳米颗粒磁共振造影剂在病灶部位富集。因此，如何在不改变尺寸的情况下增强磁性纳米颗粒的磁共振造影性能就显得非常重要。

相比而言，小尺寸(<5nm)的Fe₃O₄纳米颗粒表现出更为明显的顺磁性，可被用作T1造影剂(J.Am.Chem.Soc.，2011，133，12624；Nanotechnology,2011，22，245604)。同时由于其尺寸较小，磁矩较弱，其T2造影性能会大大下降。因此，如何在减小Fe₃O₄尺寸增强T1造影效果的同时，仍然保持较好的T2造影效果具有重要意义。

对于磁性纳米颗粒，T2造影效果可用横向弛豫率(r₂)来表征，其和纳米颗粒周围磁场的不均匀性相关。众所周知，原子处于磁场中时，由于电子自旋会在原子附近产生一个与外磁场方向相反的微小磁场，从而导致附近局部磁场不均匀，但这一效应通常可以忽略。然而，对于具有共轭结构的分子，这一效应就不可忽略。因此，我们依据共轭结构分子引起的局域磁场不均匀性，提出以端基具有共轭结构的配体分子来修饰磁性纳米颗粒，通过提高r₂增强磁性纳米颗粒的T2造影性能的新思路。即本发明提出了一种能够增强磁性纳米颗粒横向弛豫率的配体分子以及一种增强磁性纳米颗粒横向弛豫率的方法。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够增强磁性纳米颗粒横向弛豫率的配体分子。

本发明的目的之二是提供一种增强磁性纳米颗粒横向弛豫率的方法。

本发明的目的之三是提供一种制备磁性纳米颗粒磁共振造影剂的方法。

本发明的目的之四是提供的磁性纳米颗粒弛豫率增强方法是通过选用端基具有共轭结构的表面配体分子修饰磁性纳米颗粒来实现的。

本发明的目的之五是提供一种在不改变磁性纳米颗粒尺寸的条件下，增强磁性纳米颗粒横向弛豫率的方法。

本发明的目的之六是提供一种在保持磁性纳米颗粒纵向弛豫率的同时增强其横向弛豫率的方法。

本发明利用配体分子修饰磁性纳米颗粒，当配体分子的螯合基团中具有共轭结构时，能大大增强磁性纳米颗粒的横向弛豫率。

所述的磁性纳米颗粒具有顺磁性、超顺磁性、亚铁磁性或铁磁性。

所述的磁性纳米颗粒的粒径范围为1～100纳米，优选2～20纳米。

所述的螯合基团中含有共轭结构，具体实施例包括但不限于：邻苯二酚基团、异羟肟酸基团、丁二酮肟基团、乙酰丙酮基团、苯甲酰丙酮基团、水杨醛基团、1，10-二氮菲基团、2,2′-联吡啶基团、8-羟基喹啉基团以及它们的衍生基团等。

所述的共轭结构包括p-π共轭、π-π共轭以及它们的任意组合，由于共轭基团在磁场下引起的局部磁场不均匀性，因此通过改变共轭结构的大小和数目可以得到具有不同横向弛豫率的磁性纳米颗粒。

所述的配体分子若采用生物相容性高分子配体时，所制备的磁性纳米颗粒具有良好的生物相容性，可用作磁共振造影剂。

所述的生物相容性高分子配体的主体结构为线型、支化的聚乙二醇、葡聚糖、聚乙烯醇、壳聚糖、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚氨基酸或它们之中两种或多种形成的嵌段共聚物或衍生物。

所述的生物相容性高分子配体分子量为400～100000。

本发明中制备端基具有共轭基团的配体分子修饰的磁性纳米颗粒方法如下：

方法1：

(1)根据已知方法(例如文献Nat.Mater.，2004，3，891)制备得到磁性纳米颗粒(如油酸修饰的Fe₃O₄纳米颗粒)；

(2)将所制备的磁性纳米颗粒分散在分散剂(如四氢呋喃)中，使最终磁性纳米颗粒的浓度范围为0.01mg／mL～100mg／mL，优选0.2mg／mL～20mg／mL；将配体分子(如4-氨乙基邻苯二酚)，溶于相同(如四氢呋喃)或不同(如二氯甲烷)的分散剂中，使其质量浓度为0.01mg／mL～200mg／mL，优选0.2mg／mL～100mg／mL；而后将配体分子和磁性纳米颗粒混合，在15℃～200℃下搅拌10分钟至48小时；

(3)将反应液冷却至室温，加入体积为反应液体积2～50倍的沉淀剂(如环己烷)沉淀，沉淀经磁分离或者离心分离后，洗涤3～5次，而后溶于去离子水，即可得到配体分子修饰的磁性纳米颗粒水溶液。

方法一所述的分散剂选自水、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、丙酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺。

方法一所述的配体分子与磁性纳米颗粒的质量比为0.1∶1～100∶1。

方法一所述的沉淀剂选自乙醚、乙醇、甲醇、丙酮、正己烷、环己烷、石油醚或它们中两种或多种的混合物。

方法2：

(1)将有机金属化合物或无机金属盐化合物前驱体(如乙酰丙酮铁)、配体分子(如异羟肟酸基团修饰的聚乙二醇2000)、带烷基链的小分子(如油胺)溶于高沸点非极性或高沸点弱极性溶剂(如苯醚等)中形成混合反应溶液，其中，反应液中有机金属化合物或无机金属盐化合物的浓度为0.001mol／L～0.2mol／L，优选浓度为0.01mol／L～0.1mol／L；配体分子的浓度为0.001mol／L～1mol／L，优选0.05mol／L～0.6mol／L；带烷基链的小分子胺、小分子羧酸或小分子醇的浓度为0mol／L～0.2mol／L，优选0～0.1mol／L；

(2)通入惰性气体排除反应体系中的氧气，加热混合反应液，反应温度控制在120～350℃之间，优选150～280℃；反应时间为0.25～24小时，优选0.5～12小时；在金属前驱体分解形成磁性纳米颗粒时，配体直接修饰到磁性纳米颗粒表面，得到所述端基具有共轭基团配体分子修饰的磁性纳米颗粒；

(3)将步骤(2)中的反应液冷却至室温，加入体积为反应液体积2～50倍的沉淀剂沉淀，沉淀经磁分离或者离心分离后，用同样的有机溶剂洗涤沉淀物3～5次，而后溶于去离子水，即可得到端基具有共轭基团的配体分子修饰的磁性纳米颗粒水溶液。

方法二所述的有机金属化合物是含有过渡金属或者稀土金属的有机配合物，例如铁、钴、镍、锰、或镧系稀土金属有机配合物，其配体包括乙酰丙酮、羰基、苯基乙酰丙酮、环戊二烯。有机金属化合物的实例包括但不限于：三乙酰丙酮铁、二乙酰丙酮铁、五羰基铁、苯基乙酰丙酮铁、二乙酰丙酮锰、苯基乙酰丙酮锰、二乙酰丙酮镍、四羰基镍、二乙酰丙酮钴、八羰基二钴、三乙酰丙酮钆、三环戊二烯钆、三乙酰丙酮镝、乙酰丙酮钬等。

方法二所述的无机金属盐化合物是含有过渡金属和稀土金属的无机物和水合无机盐，如铁、钴、镍、锰、或镧系稀土金属的油酸盐、硬脂酸盐、脂肪酸盐、三氟乙酸盐、葡萄酸盐、柠檬酸盐、草酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐及其水合物。无机金属盐化合物的具体实施例包括但不限于：油酸铁、硬脂酸铁、醋酸铁、柠檬酸铁、草酸铁、三氯化铁、二氯化亚铁、四水合三氯化铁、六水合三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、油酸钴、硬脂酸钴、醋酸钴、柠檬酸钴、草酸钴、癸酸钴、三氯化钴、醋酸锰、草酸锰、氯化亚锰、硝酸锰、硫酸锰、油酸钆、硬脂酸钆、醋酸钆、氯化钆、三水合氯化钆、六水合氯化钆、硝酸钆、醋酸镝、氯化镝、三水合氯化镝、六水合氯化镝、硝酸镝、醋酸钬、氯化钬、三水合氯化钬、六水合氯化钬、硝酸钬、醋酸铒、氯化铒、三水合氯化铒、六水合氯化铒、硝酸铒、醋酸铥、氯化铥、三水合氯化铥、六水合氯化铥、硝酸铥等。

方法二所述的带烷基链的小分子是带有烷基链的小分子胺、小分子羧酸和小分子醇类化合物，其中烷基链CH₂单元数为4～24个，优选12～18个，如：油胺、油酸、十二胺、1，2-十六烷二醇等。

方法二所述的高沸点非极性或高沸点弱极性溶剂，其特征是溶剂的沸点高于160℃，优选苯醚、二苄基醚、卜十八烯、油胺、三辛胺、三丁胺或上述化合物衍生物与类似物。

方法二可通过改变反应条件，包括金属前躯体的浓度、配体分子的浓度、带烷基链的小分子的浓度、反应时间、升温过程等制备得到不同尺寸的磁性纳米颗粒。

方法二所述的沉淀剂选自乙醚、乙醇、甲醇、丙酮、正己烷、环己烷、石油醚或它们中两种或多种的混合物。

方法3：

(1)将碱性化合物(如氢氧化钠)、配体分子(如水杨醛基团修饰的聚乙烯吡咯烷酮8000)溶于水中，其中，溶液中碱性化合物的浓度为0.01mol／L～5mol／L，优选浓度为0.05mol／L～2mol／L；配体分子的浓度为0.001mol／L～2mol／L，优选0.05mol／L～1mol／L；

(2)将无机金属盐化合物前驱体(如氯化铁和氯化亚铁)溶于水中，使溶液中无机金属盐化合物的浓度为0.001mol／L～5mol／L，优选浓度为0.01mol／L～2mol／L；

(3)在搅拌的情况下，将金属无机盐化合物前驱体的水溶液加入到碱性化合物和配体分子的水溶液中，在金属无机盐化合物前驱体水解形成磁性纳米颗粒时，配体直接修饰到磁性纳米颗粒表面，得到端基具有共轭结构配体分子修饰的磁性纳米颗粒；

(4)将步骤(3)中的磁性纳米颗粒磁分离或者离心分离，加入去离子水洗涤沉淀物3～5次，最终溶于去离子水，即可得到端基具有共轭结构配体分子修饰的磁性纳米颗粒水溶液。

方法三所述的碱性化合物包括氨水以及碱金属的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐，如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾等。

方法三所述的无机金属盐化合物是含有过渡金属和稀土金属的无机物和水合无机盐，如铁、钴、镍、锰、或镧系稀土金属的葡萄酸盐、柠檬酸盐、草酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐及其水合物。无机金属盐化合物的具体实施例包括但不限于：三氯化铁、二氯化亚铁、四水合三氯化铁、六水合三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、醋酸铁、柠檬酸铁、草酸铁、醋酸钴、柠檬酸钴、草酸钴、三氯化钴、醋酸锰、草酸锰、氯化亚锰、硝酸锰、硫酸锰、醋酸钆、氯化钆、三水合氯化钆、六水合氯化钆、硝酸钆、醋酸镝、氯化镝、三水合氯化镝、六水合氯化镝、硝酸镝、醋酸钬、氯化钬、三水合氯化钬、六水合氯化钬、硝酸钬、醋酸铒、氯化铒、三水合氯化铒、六水合氯化铒、硝酸铒、醋酸铥、氯化铥、三水合氯化铥、六水合氯化铥、硝酸铥等。

本发明采用具有共轭结构的配体分子修饰磁性纳米颗粒，相比无共轭结构的配体修饰的磁性纳米颗粒，有更高的横向弛豫率。

本发明方法操作简单，可以在不改变磁性纳米颗粒尺寸的情况下，增强磁性纳米颗粒的横向弛豫率。

本发明可以通过改变配体中共轭结构的大小或(和)数目，调控磁性纳米颗粒的横向弛豫率。

本发明所述的配体分子若采用带有一个或一个以上羧基、胺基、巯基、马来酰亚胺基团、叠氮基团的配体分子，则所制备得磁性纳米颗粒表面可进一步与生物分子进行共价耦联。

本发明所述的生物分子包括氨基酸、多肽、蛋白、生物素、DNA的胺基衍生物或DNA的羧基衍生物及带有胺基、羧基、巯基的碳水化合物等。

本发明所述的配体分子若为生物相容性高分子配体，可得到磁性纳米颗粒磁共振造影剂，能够增强磁共振成像对比度。

本发明得到的生物相容性磁性纳米颗粒在生理缓冲液中能高度溶解，所得溶液放置半年后仍无沉淀析出。

附图说明

图1.本发明实施例1所得油酸和油胺共同修饰的3.6nm Fe₃O₄纳米颗粒的电镜照片及粒径统计图。

图2.本发明实施例1所得双磷酸PEG2000修饰的3.6nm Fe₃O₄纳米颗粒的电镜照片及粒径统计图。

图3.本发明实施例2所得异羟肟酸PEG2000修饰的3.6nm Fe₃O₄纳米颗粒的电镜照片及粒径统计图。

图4.本发明实施例3中不同浓度双磷酸PEG2000修饰的3.6nmFe₃O₄纳米颗粒和异羟肟酸PEG2000修饰的3.6nm Fe₃O₄纳米颗粒在3T磁场下的T2加权像。

图5.本发明实施例4中小鼠在异羟肟酸PEG2000修饰的3.6nmFe₃O₄纳米颗粒磁共振造影剂注射前以及注射后不同时间点的T1及T2加权像(伪彩区域为肿瘤)。

图6.本发明实施例9所得油酸修饰的10.9nm Fe₃O₄纳米颗粒的电镜照片及粒径统计图。

图7.本发明实施例9所得水杨醛PEG2000修饰的10.5nm Fe₃O₄纳米颗粒的电镜照片及粒径统计图。

图8.本发明实施例9所得水杨醛PEG2000修饰的10.5nm Fe₃O₄纳米颗粒的磁滞回线。

图9.本发明实施例13所得乙酰丙酮PEG2000修饰的NaGdF₄纳米颗粒的电镜照片及粒径统计图。

图10.本发明实施例15所得Fe₃O₄纳米颗粒磁流体在磁场中的照片。

图11.本发明实施例19所得水杨醛PVP8000修饰Fe₃O₄磁性纳米颗粒的电镜照片及粒径统计图。

附图标记

1.磁铁

具体实施方式

实施例1

根据文献(J.Am.Chem.Soc.，2004，126，273)首先制备得到了平均粒径为3.6nm的表面为油酸和油胺共同修饰的Fe₃O₄纳米颗粒，其电镜照片和粒径统计如附图1所示。将20mg油酸和油胺共同修饰Fe₃O₄纳米颗粒溶于4mL四氢呋喃，同时将200mg双磷酸基团修饰的聚乙二醇2000(双磷酸PEG2000，分子中无共轭结构)溶于4mL四氢呋喃，再将Fe₃O₄的四氢呋喃溶液和双磷酸PEG2000的四氢呋喃溶液混合，在搅拌的情况下60℃加热配体交换反应8h，而后冷却至室温。加入乙醚沉淀，沉淀经磁分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为双磷酸PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒磁共振造影剂。附图2为所得的双磷酸PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒的电镜照片和粒径统计图，从图中可以看出，配体交换后，Fe₃O₄纳米颗粒的平均粒径不变。在3T磁场下，通过测试不同Fe₃O₄浓度下氢质子的纵向及横向弛豫时间，再将所得弛豫时间的倒数分别对Fe浓度作图，通过线性拟合，即可得到Fe₃O₄纳米颗粒的纵向弛豫率r₁和横向弛豫率r₂。测试结果表明，双磷酸PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒r₁为3.21mmol^-1s^-1，r₂为24.6mmol^-1s^-1。

实施例2

根据文献(J.Am.Chem.Soc.，2004，126，273)首先制备得到了平均粒径为3.6nm的表面为油酸和油胺共同修饰的Fe₃O₄纳米颗粒。将20mg油酸和油胺共同修饰Fe₃O₄纳米颗粒溶于4mL四氢呋喃，同时将200mg异羟肟酸基团修饰的聚乙二醇2000(异羟肟酸PEG2000，分子中含p-π共轭结构)溶于4mL四氢呋喃，再将Fe₃O₄的四氢呋喃溶液和异羟肟酸PEG2000的四氢呋喃溶液混合，在搅拌的情况下60℃加热配体交换反应8h，而后冷却至室温。加入乙醚沉淀，沉淀经磁分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为异羟肟酸PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒磁共振造影剂。附图3为所得的异羟肟酸PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒的电镜照片和粒径统计图，从图中可以看出，配体交换后，Fe₃O₄纳米颗粒的平均粒径仍为3.6nm，表明异羟肟酸PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒与实施例1中的双磷酸PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒，平均尺寸一致。进一步的磁共振测试结果表明，异羟肟酸PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒r₁为3.47mmol^-1s^-1，r₂为48.8mmol^-1s^-1。与实施例1中的双磷酸PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒相比，由于异羟肟酸基团中具有p-π共轭结构，其r₂大大增加，而r₁基本不变。

实施例3

将实施例1中双磷酸PEG2000修饰的3.6nm Fe₃O₄纳米颗粒和实施例2中异羟肟酸PEG2000修饰的3.6nm Fe₃O₄纳米颗粒配置成一系列不同浓度的Fe₃O₄纳米颗粒溶液，在3T磁场强度下，测试其实际T2磁共振造影增强效果，其T2加权像如附图4所示，在同等Fe浓度下，异羟肟酸PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒具有更高的T2加权像对比度。

实施例4

将实施例2中异羟肟酸PEG2000修饰的3.6nm Fe₃O₄纳米颗粒溶于PBS中，使Fe浓度为2mg／mL，而后将100μL该Fe₃O₄纳米颗粒磁共振造影剂通过小鼠尾静脉注射到大腿上接种有LS180肿瘤的裸鼠(5周龄，体重约20克)体内。在注射前以及注射后10分钟、1小时、4小时以及8小时，利用4.7T磁共振成像仪对小鼠进行磁共振成像，在不同时间点得到的T1及T2加权像如图5所示，其中伪彩区域为肿瘤区域。从图中可以看出，该Fe₃O₄纳米颗粒磁共振造影剂不仅能够提高T1加权像的对比度，而且能明显增强T2加权像的对比度。

实施例5

根据文献(J.Am.Chem.Soc.，2004，126，273)首先制备得到了平均粒径为3.6nm的表而为油酸和油胺共同修饰的Fe₃O₄纳米颗粒。将20mg油酸和油胺共同修饰Fe₃O₄纳米颗粒溶于4mL四氢呋喃，同时将200mg8-羟基喹啉基团修饰的聚乙二醇2000(8-羟基喹啉PEG2000，分子中含苯环结构)溶于4mL四氢呋喃，再将Fe₃O₄的四氢呋喃溶液和8-羟基喹啉PEG2000的四氢呋喃溶液混合，在搅拌的情况下60℃加热配体交换反应8h，而后冷却至室温。加入乙醚沉淀，沉淀经磁分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为8-羟基喹啉PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒磁共振造影剂。磁共振测试结果表明，8-羟基喹啉PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒r₁为3.36mmol^-1s^-1，r₂为62.6mmol^-1s^-1。由于8-羟基喹啉基团中具有苯环共轭结构，其r2较实施例2中异羟肟酸PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒进一步增加，而r₁基本不变。

实施例6

根据文献(J.Am.Chem.Soc.，2004，126，273)首先制备得到了平均粒径为3.6nm的表面为油酸和油胺共同修饰的Fe₃O₄纳米颗粒。将20mg油酸和油胺共同修饰Fe₃O₄纳米颗粒溶于4mL四氢呋喃，同时将200mg异羟肟酸基团修饰的聚乙二醇5000(异羟肟酸PEG5000，分子中含p-π共轭结构)溶于4mL四氢呋喃，再将Fe₃O₄的四氢呋喃溶液和异羟肟酸PEG5000的四氢呋喃溶液混合，在搅拌的情况下60℃加热配体交换反应8h，而后冷却至室温。加入乙醚沉淀，沉淀经磁分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为异羟肟酸PEG5000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒磁共振造影剂。进一步的磁共振测试结果表明，异羟肟酸PEG5000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒r₁为3.68mmol^-1s^-1，r₂为52.8mmol^-1s^-1。

实施例7

根据文献(J.Am.Chem.Soc.，2004，126，273)首先制备得到了平均粒径为3.6nm的表面为油酸和油胺共同修饰的Fe₃O₄纳米颗粒。将20mg油酸和油胺共同修饰Fe₃O₄纳米颗粒溶于4mL四氢呋喃，同时将200mg邻苯二酚基团修饰的聚乙烯吡咯烷酮8000(邻苯二酚PVP8000，分子中含苯环结构)溶于4mL二氯甲烷，再将Fe₃O₄的四氢呋喃溶液和邻苯二酚PVP8000的二氯甲烷溶液混合，在搅拌的情况下60℃加热配体交换反应8h，而后冷却至室温。加入乙醚沉淀，沉淀经磁分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为邻苯二酚PVP8000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒磁共振造影剂。进一步的磁共振测试结果表明，邻苯二酚PVP8000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒r₁为3.22mmol^-1s^-1，r₂为56.2mmol^-1s^-1。

实施例8

根据文献(J.Am.Chem.Soc.，2004，126，273)首先制备得到了平均粒径为3.6nm的表面为油酸和油胺共同修饰的Fe₃O₄纳米颗粒。将20mg油酸和油胺共同修饰Fe₃O₄纳米颗粒溶于4mL四氢呋喃，同时将200mg乙酰丙酮基团修饰的聚甲基丙烯酸1000(乙酰丙酮PAA1000，分子中含π-π结构)溶于4mL四氢呋喃，再将Fe₃O₄的四氢呋喃溶液和乙酰丙酮PAA1000的四氢呋喃溶液混合，在搅拌的情况下室温下配体交换反应24h，而后加入乙醚沉淀，沉淀经磁分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为乙酰丙酮PAA1000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒磁共振造影剂。进一步的磁共振测试结果表明，乙酰丙酮PAA1000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒r₁为3.34mmol^-1s^-1，r₂为54.4mmol^-1s^-1。

实施例9

根据文献(Nat.Mater.，2004，3，891)首先制备得到了平均粒径为10.9nm的表面为油酸修饰的Fe₃O₄纳米颗粒，其电镜照片和粒径统计如附图6所示。将10mg油酸修饰Fe₃O₄纳米颗粒溶于4mL二氯甲烷，同时将150mg水杨醛基团修饰的聚乙二醇2000(水杨醛PEG2000，分子中含有苯环结构)溶于4mL二氯甲烷，再将Fe₃O₄的二氯甲烷溶液和水杨醛PEG2000的二氯甲烷溶液混合，在搅拌的情况下50℃配体交换反应12h，而后冷却至室温。加入环己烷沉淀，沉淀经磁分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为水杨醛PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒磁共振造影剂。附图7为所得的水杨醛PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒的电镜照片和粒径统计图，从图中可以看出，配体交换后，Fe₃O₄纳米颗粒的平均粒径基本不变。附图8为该水杨醛PEG2000修饰的Fe₃O₄磁性纳米颗粒的磁滞回线，晶体的饱和磁化强度为34.3emu／g，具有超顺磁性。磁共振测试结果表明，其r₁为3.24mmol^-1s^-1，r₂为89.1mmol^-1s^-1。

实施例10

根据文献(Nat.Mater.，2004，3，891)首先制备得到了平均粒径为10.9nm的表面为油酸修饰的Fe₃O₄纳米颗粒。将10mg油酸修饰Fe₃O₄纳米颗粒溶于4mL二氯甲烷，同时将150mg4-羧基-2,2′-联吡啶(分子中含有2个吡啶环结构)溶于4mL二氯甲烷，再将Fe₃O₄的二氯甲烷溶液和4-羧基-2,2′-联吡啶的二氯甲烷溶液混合，在搅拌的情况下50℃配体交换反应12h，而后冷却至室温。加入丙酮沉淀，沉淀经离心分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为4-羧基-2,2′-联吡啶修饰的Fe₃O₄纳米颗粒磁共振造影剂。磁共振测试结果表明，其r₁为3.53mmol^-1s^-1，r₂为112.8mmol^-1s^-1。

实施例11

根据文献(J.Am.Chem.Soc.，2004，126，273)首先制备得到了平均粒径为8.1nm的表面为油酸和油胺共同修饰的MnFe₂O₄纳米颗粒。将20mg油酸和油胺共同修饰MnFe₂O₄纳米颗粒溶于4mL四氢呋喃，同时将200mg异羟肟酸基团修饰的聚乙二醇5000(异羟肟酸PEG5000，分子中含p-π共轭结构)溶于4mL四氢呋喃，再将MnFe₂O₄的四氢呋喃溶液和异羟肟酸PEG5000的四氢呋喃溶液混合，在搅拌的情况下60℃加热配体交换反应8h，而后冷却至室温。加入石油醚沉淀，沉淀经磁分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为异羟肟酸PEG5000修饰的MnFe₂O₄纳米颗粒磁共振造影剂。进一步的磁共振测试结果表明，异羟肟酸PEG5000修饰的MnFe₂O₄纳米颗粒r₁为4.22mmol^-1s^-1，r₂为142.8mmol^-1s^-1。

实施例12

根据文献(J.Am.Chem.Soc.，2004，126，273)首先制备得到了平均粒径为7.6nm的表面为油酸和油胺共同修饰的CoFe₂O₄纳米颗粒。将20mg油酸和油胺共同修饰CoFe₂O₄纳米颗粒溶于4mL四氢呋喃，同时将200ng邻苯二酚基团修饰的聚乙烯吡咯烷酮8000(邻苯二酚PVP8000，分子中含p-π共轭结构)溶于4mL四氢呋喃，再将CoFe₂O₄的四氢呋喃溶液和邻苯二酚PVP8000的四氢呋喃溶液混合，在搅拌的情况下50℃加热配体交换反应12h，而后冷却至室温。加入石油醚沉淀，沉淀经磁分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为邻苯二酚PVP8000修饰的CoFe₂O₄纳米颗粒磁共振造影剂。进一步的磁共振测试结果表明，邻苯二酚PVP8000修饰的CoFe₂O₄纳米颗粒r₁为3.18mmol^-1s^-1，r₂为111.5mmol^-1s^-1。

实施例13

根据文献(ACS Nano，2013，7，330)首先制备得到了平均粒径为24nm的表面为油酸修饰的NaGdF₄纳米颗粒。将20mg油酸修饰的NaGdF₄纳米颗粒溶于4mL四氢呋喃，同时将100mg乙酰丙酮基团修饰的聚乙二醇2000(乙酰丙酮PEG2000，分子中含π-π共轭结构)溶于4mL四氢呋喃，再将NaGdF₄的四氢呋喃溶液和乙酰丙酮PEG2000的四氢呋喃溶液混合，在搅拌的情况下室温配体交换反应8h，而后冷却至室温。加入环己烷沉淀，沉淀经离心分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为乙酰丙酮PEG2000修饰的NaGdF₄纳米颗粒磁共振造影剂。附图9为所得的乙酰丙酮PEG2000修饰的NaGdF₄纳米颗粒的电镜照片和粒径统计图。磁共振测试结果表明乙酰丙酮PEG2000修饰的NaGdF₄纳米颗粒r₁为7.82mmol^-1s^-1，r₂为52.52mmol^-1s^-1。

实施例14

根据文献(J.Am.Chem.Soc.，2011，133，19512)首先制备得到了平均粒径为8.0nm的表面为双羧基PEG2000和油胺共同修饰的Fe₃O₄纳米颗粒。将20mg双羧基PEG和油胺共同修饰的Fe₃O₄纳米颗粒溶于4mL二氯甲烷，同时将200mg邻苯二酚PEG2000溶于4mL二氯甲烷，再将Fe₃O₄的二氯甲烷溶液和邻苯二酚PEG2000的二氯甲烷溶液混合，在搅拌的情况下60℃加热配体交换反应4h，而后冷却至室温。加入乙醚沉淀，沉淀经磁分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为邻苯二酚PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒磁共振造影剂。磁共振测试结果表明，该邻苯二酚PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒r₁为3.64mmol^-1s^-1，r₂为128.62mmol^-1s^-1。

实施例15

将实施例12中得到的邻苯二酚PEG2000修饰的Fe₃O₄纳米颗粒溶于0.01M PBS(磷酸盐缓冲液，pH=7.4)，配成3g／L的磁流体，该磁流体放置半年后无沉淀析出。附图10为该磁流体放置半年后置于磁铁旁拍摄的照片。

实施例16

根据文献(J.Am.Chem.Soc.，2004，126，273)首先制备得到了平均粒径为3.6nm的表面为油酸和油胺共同修饰的Fe₃O₄纳米颗粒。将20mg油酸和油胺共同修饰Fe₃O₄纳米颗粒溶于4mL四氢呋喃，同时将200mg4-氨乙基邻苯二酚(多巴胺，分子中含苯环结构)溶于4mL四氢呋喃，再将Fe₃O₄的四氢呋喃溶液和多巴胺的四氢呋喃溶液混合，在搅拌的情况下60℃加热配体交换反应8h，而后冷却至室温。加入乙醇沉淀，沉淀经磁分离并洗涤三次，而后溶于去离子水中，即可得到表面为多巴胺修饰的Fe₃O₄纳米颗粒。进一步的磁共振测试结果表明，多巴胺修饰的Fe₃O₄纳米颗粒r₁为3.62mmol^-1s^-1，r₂为46.2mmol^-1s^-1。

实施例17

将0.53g乙酰丙酮铁、6g异羟肟酸PEG2000、2.0mL油胺溶解于25mL苯醚中，混合均匀，通氮气除氧30min，加热至回流(259度)，反应30min，将反应体系冷却至室温，用5倍反应液体积的乙醚沉淀出磁性纳米颗粒，磁分离并洗涤三次，得到异羟肟酸PEG2000修饰的Fe₃O₄磁性纳米颗粒。待其自然干燥后，将所得纳米颗粒溶于去离子水中，即可得到异羟肟酸PEG2000修饰的Fe₃O₄磁性纳米颗粒的水溶液。该Fe₃O₄磁性纳米颗粒的平均尺寸为7.5nm，r₁为3.57mmol^-1s^-1，r₂为87.5mmol^-1s^-1。

实施例18

将0.68g乙酰丙酮钆、6g异羟肟酸PEG2000、2.0mL油胺溶解于25mL二苄醚中，混合均匀，通氮气除氧30min，加热至回流(298度)，反应8小时，将反应体系冷却至室温，用10倍反应液体积的乙醚沉淀出磁性纳米颗粒，离心分离并洗涤三次，得到异羟肟酸PEG2000修饰的Gd₂O₃磁性纳米颗粒。待其自然干燥后，将所得纳米颗粒溶于去离子水中，即可得到异羟肟酸PEG2000修饰的Gd₂O₃磁性纳米颗粒的水溶液。该Gd₂O₃磁性纳米颗粒的平均尺寸为3.8nm，r₁为8.43mmol^-1s^-1，r₂为43.6mmol^-1s^-1。

实施例19

将15g氢氧化钠和6g水杨醛基团修饰的聚乙烯吡咯烷酮8000(水杨醛PVP8000)溶于250mL去离子水中，得到碱性溶液，将8.1g六水合氯化铁和3.0g四水合氯化亚铁溶于25mL去离子水中。而后将含铁化合物的水溶液在搅拌的情况下，加入到碱性溶液中，即产生黑色沉淀。得到的沉淀磁分离，用去离子水洗涤5次，而后溶于去离子水中，即可得到水杨醛PVP8000修饰的Fe₃O₄磁性纳米颗粒的水溶液，其平均尺寸约为5.2nm。附图11为所得水杨醛PVP8000修饰Fe₃O₄磁性纳米颗粒的电镜照片和粒径统计图。进一步的磁共振测试结果表明，水杨醛PVP8000修饰Fe₃O₄磁性纳米颗粒r₁为3.12mmol^-1s^-1，r₂为56.1mmol^-1s^-1。

实施例20

将5g氢氧化钠和6g邻苯二酚修饰的聚赖氨酸5000(邻苯二酚PLL5000)溶于250mL去离子水中，得到碱性溶液，将3.7g六水合氯化钆溶于25mL去离子水中。而后将含钆化合物的水溶液在搅拌的情况下，加入到碱性溶液中，即产生白色沉淀。得到的沉淀离心分离，用去离子水洗涤5次，而后溶于去离子水中，即可得到邻苯二酚PLL5000修饰的Gd(OH)₃磁性纳米颗粒的水溶液，其平均尺寸约为15nm。进一步的磁共振测试结果表明，邻苯二酚PLL5000修饰的Gd(OH)₃磁性纳米颗粒r₁为7.25mmol^-1s^-1，r₂为52.3mmol^-1s^-1。

Claims (9)

1.一种具有增强的磁性纳米颗粒横向弛豫率的磁性纳米颗粒磁共振造影剂，所述磁性纳米颗粒磁共振造影剂由配体分子修饰的磁性纳米颗粒组成，其中所述配体分子是生物相容性高分子配体，所述生物相容性高分子配体的主体结构为线型、支化的以下高分子或它们之中两种以上形成的嵌段共聚物或衍生物：聚乙二醇、葡聚糖、聚乙烯醇、壳聚糖、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚氨基酸，并且所述配体分子与磁性纳米颗粒表面配位的螯合基团中具有共轭结构，所述共轭结构能够在外磁场下增强磁性纳米颗粒周围磁场的不均匀性。

2.根据权利要求1所述的磁共振造影剂，其中所述配体分子中的螯合基团选自：邻苯二酚基团、异羟肟酸基团、丁二酮肟基团、乙酰丙酮基团、苯甲酰丙酮基团、水杨醛基团、1,10-二氮菲基团、2,2'-联吡啶基团、8-羟基喹啉基团以及它们的衍生基团。

3.根据权利要求1所述的磁共振造影剂，其中所述螯合基团中具有的共轭结构包括p-π共轭、π-π共轭中的一种或者它们的任意组合。

4.根据权利要求1所述的磁共振造影剂，其中所述的磁性纳米颗粒具有顺磁性、超顺磁性、亚铁磁性或铁磁性，粒径范围为1～100纳米。

5.根据权利要求1所述的磁共振造影剂，其能够在有效保持磁性纳米颗粒纵向弛豫率的同时，增强磁性纳米颗粒的横向弛豫率。

6.根据权利要求1所述的磁共振造影剂，其能够增强病灶区域的T1和T2加权像对比度。

7.一种增强磁性纳米颗粒横向弛豫率的方法，所述方法包括采用配体分子修饰磁性纳米颗粒，其中，所述配体分子是生物相容性高分子配体，所述生物相容性高分子配体的主体结构为线型、支化的以下高分子或它们之中两种以上形成的嵌段共聚物或衍生物：聚乙二醇、葡聚糖、聚乙烯醇、壳聚糖、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚氨基酸，并且所述配体分子与磁性纳米颗粒表面配位的螯合基团中具有共轭结构，所述共轭结构能够在外磁场下增强磁性纳米颗粒周围磁场的不均匀性。

8.根据权利要求7所述的方法，其中通过改变共轭结构种类、大小和数目中至少任一个，调控磁性纳米颗粒的横向弛豫率。

9.一种制备根据权利要求1-6中任一项的磁性纳米颗粒磁共振造影剂的方法，所述方法包括采用配体分子修饰磁性纳米颗粒，其中，所述配体分子是生物相容性高分子配体，所述生物相容性高分子配体的主体结构为线型、支化的以下高分子或它们之中两种以上形成的嵌段共聚物或衍生物：聚乙二醇、葡聚糖、聚乙烯醇、壳聚糖、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚氨基酸，并且所述配体分子与磁性纳米颗粒表面配位的螯合基团中具有共轭结构，所述共轭结构能够在外磁场下增强磁性纳米颗粒周围磁场的不均匀性。