CN104984364A - 基于聚丙烯酸丁酯的复合纳米光声造影剂及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于聚丙烯酸丁酯的复合纳米光声造影剂及其制备工艺，其中构成主要组分为聚丙烯酸丁酯这一生医材料，包载组分为亚甲基蓝或吲哚菁绿，粒子直径分别为525.1纳米、272.0纳米，电位分别为-4.52毫伏、-5.98毫伏。本发明的制备工艺温和环保、能耗低、无三废及辐射与噪声等污染产生，分离与提纯工艺操作简便，高产率及包载率，易实现产业化生产，是一种制备复合纳米光声造影剂通用工艺。基于这一复合纳米光声造影剂具有良好的生物相容性和安全性，光声成像灵敏度高，有望在生物医学影像、靶向诊断与治疗、药物筛选与优化、体内标记与示踪等领域得到更广泛的应用，并在个性化医疗等方面具有潜在价值。

Description

基于聚丙烯酸丁酯的复合纳米光声造影剂及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种基于聚丙烯酸丁酯的复合纳米光声造影剂及其制备工艺。

背景技术

光声成像是（Photoacoustic Imaging，PAI）是近十年新兴的生物医学成像技术，是接收激发光辐照介质产生的光致声波（即光声效应）信号响应而获得生物组织的断层及三维立体图像的一种成像方法，它兼具光学成像灵敏度高和声学成像穿透度深的优点，可以对深层组织进行高分辨率、高对比度成像，从而已成为最有应用前景的成像模式之一。由于生物体内多种内源性生物化学物质，如脱氧血红蛋白、含氧血红蛋白、黑色素、油脂、水分等能够受到特定波段的激发光激发，且这些组分多与生理功能密切相关，因此光声成像能够灵敏地反映生物体的生理结构并提供解剖、功能、代谢、分子与基因等丰富的生物信息，已在脑组织的功能成像、肿瘤血管生成监控等方面得到了应用。但光的散射效应会导致光强和光声信噪比随着生物组织的深度的增加而呈现指数级衰减，因而带来成像分辨率降低的问题。近来，光声造影剂的研发得到日益关注，通过外源性造影剂可改变局部组织的声学和光学特性，进一步提高光声成像对比度和分辨率，在生物成像与临床转化医学方面展现了巨大的应用前景。

目前常见的光声造影剂有金纳米颗粒、单碳纳米管及一些其他相关的纳米材料。这些材料粒径较小，稳定性好，但由于生物相容性与体内可降解能力较差，构成材料的细胞毒性较大，半衰期短而限制了广泛应用。而基于近红外荧光染料和有机聚合物的光声探针成为研究热点，其中亚甲基蓝和吲哚菁绿是被美国食品药品监管局（FDA）认证的光声成像染料。亚甲基蓝吸收峰在664nm附近，吲哚菁绿吸收峰在780nm附近，都属于近红外区域，这就为其广泛应用打下基础。但由于这两种染料体内稳定性较差，代谢周期短等不足，需要构建包载染料分子的载体以最终实现其临床应用。

聚丙烯酸丁酯是一种常见的生物医学材料，在医学、制药等领域内广泛应用，常被用作制备医药中间体、临床止血剂等。聚丙烯酸丁酯也是经FDA认证的用作医用胶及脑动静脉畸形栓塞治疗的一种有效组分，具有其良好的生物相容性和体内可降解性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种基于聚丙烯酸丁酯的复合纳米光声造影剂，该复合纳米光声造影剂具有良好的生物相容性和安全性，光声成像灵敏度高，有望在生物医学影像、靶向诊断与治疗、药物筛选与优化、体内标记与示踪等领域得到更广泛的应用，并在个性化医疗等方面具有潜在价值。

本发明的第二个目的是提供一种上述基于聚丙烯酸丁酯的复合纳米光声造影剂的制备工艺，该制备工艺温和环保、能耗低、无三废及辐射与噪声等污染产生，分离与提纯工艺操作简便，高产率及包载率，易实现产业化生产。

为实现本发明的第一个目的，本发明的技术方案是其结构为以聚丙烯酸丁酯为主体组分，以亚甲基蓝或吲哚菁绿为包载组分。

进一步设置是包载组分为亚甲基蓝，粒子直径为525.1纳米，电位为-4.52毫伏，亚甲基蓝在复合纳米光声造影剂中的浓度为7.6微克/毫升。

进一步设置是包载组分为吲哚菁绿，粒子直径为272.0纳米，电位为-5.98毫伏。吲哚菁绿在复合纳米光声造影剂中的浓度为5.8-6微克/毫升。

为实现本发明的第二个目的，其技术方案是包括以下步骤：

a.      1.5毫升丙烯酸丁酯、100毫升葡聚糖溶液、6.4mg亚甲基蓝或4.9mg吲哚菁绿为比例基数，按比例投料入反应体系；

b.     将反应体系酸碱度调至2.0-3.0，常温搅拌后加入氢氧化钠稀溶液终止反应；

c.      反应体系静置4-7小时后，将反应液转移至离心管中离心提纯；

d.     弃去上层清液，以高纯水洗涤、涡旋振荡数次，至少重复离心步骤2次；

e.      离心浓集后得复合纳米光声造影剂。

本发明所述开发新型复合纳米光声造影剂对发展医用造影剂体系、拓展光声造影剂的制备工艺、为光声成像在生物医学领域的广泛适用性具有重要意义。

本发明得到亚甲基蓝或吲哚菁绿包载的聚酯复合纳米光声造影剂，经离心分离提纯后产率。所得光声造影剂的形貌与结构由扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析得到（如图3），粒子直径大小、尺寸分布及电位由激光粒度仪得到（如图4）。在光声场中，经近红外光激发产生光致声波信号，探头收集信号响应重建图像如图5所示。与空白对照组（无包载的聚丙烯酸丁酯纳米粒子）相比，亚甲基蓝或吲哚菁绿包载的复合纳米光声造影剂可显著提高光声成像的对比度与分辨率，从而在生物医学影像等领域具有广泛应用前景。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。

附图说明

图1 本发明所涉及的复合纳米光声造影剂的通用结构；

图2 新型复合纳米光声造影剂的制备工艺流程；

图3 亚甲基蓝包载的复合纳米光声造影剂（PBCA-MB）的扫描电子显微镜（左）和透射电子显微镜（右）图；

图4 亚甲基蓝包载的复合纳米光声造影剂（PBCA-MB，上行）和吲哚菁绿包载的复合纳米光声造影剂（PBCA-ICG，下行）的粒径分布（左）与电位（右）表征图；

图5 亚甲基蓝包载的复合纳米光声造影剂（PBCA-MB，中行）和吲哚菁绿包载的复合纳米光声造影剂（PBCA-ICG，下行）两种光声造影剂与空白对照组（上行）成像图。

具体实施方式

    下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

本发明所采用的制备原料均为商品获得。

实施例1：将丙烯酸丁酯（1.5毫升）、葡聚糖溶液（100毫升）、亚甲基蓝（6.4毫克）按比例投料入250毫升烧杯，反应体系酸碱度以1M盐酸溶液调节至2.0-3.0。常温搅拌后加入氢氧化钠稀溶液终止反应。反应体系静置4-7小时，然后将全部反应液转移至50毫升离心管中离心提纯，弃去上层清液，并以高纯水洗涤、涡旋振荡数次。至少重复离心步骤2次，浓集后得复合纳米光声造影剂纯品，可真空冻干或重新在高纯水中分散于常温下保存，亚甲基蓝在复合纳米光声造影剂中的浓度为7.6微克/毫升。由动态光散射原理经激光粒度仪测量，亚甲基蓝包载的复合纳米光声造影剂粒径为525.1纳米，表面电位为-4.52毫伏。其微观表面形貌与细微结构可通过扫描电子显微镜或透射电子显微镜分析得清晰图像，复合纳米光声造影剂与未包载的空白对照组在光声场中成像与显像效果证实复合纳米光声造影剂能够显著增强光声成像的对比度与分辨率，在极低浓度下给出较强的光声响应信号，可以应用于生物标记与医学影像等领域。

实施例2：将丙烯酸丁酯（1.5毫升）、葡聚糖溶液（100毫升）、吲哚菁绿（4.9毫克）按比例投料入250毫升烧杯，反应体系酸碱度以1M盐酸溶液调节至2.0-3.0。常温搅拌后加入氢氧化钠稀溶液终止反应。反应体系静置4-7小时，然后将全部反应液转移至50毫升离心管中离心提纯，弃去上层清液，并以高纯水洗涤、涡旋振荡数次。至少重复离心步骤2次，浓集后得复合纳米光声造影剂纯品，吲哚菁绿在复合纳米光声造影剂中的浓度为5.8-6微克/毫升，优选为5.8微克/毫升，可真空冻干或重新在高纯水中分散于常温下保存。由动态光散射原理经激光粒度仪测量，吲哚菁绿包载的复合纳米光声造影剂粒径为272.0纳米，表面电位为-5.98毫伏。其微观表面形貌与细微结构可通过扫描电子显微镜或透射电子显微镜分析得清晰图像，复合纳米光声造影剂与未包载的空白对照组在光声场中成像与显像效果证实复合纳米光声造影剂能够显著增强光声成像的对比度与分辨率，在极低浓度下给出较强的光声响应信号，可以应用于生物标记与医学影像等领域。

Claims (6)

1.一种基于聚丙烯酸丁酯的复合纳米光声造影剂，其特征在于：其结构为以聚丙烯酸丁酯为主体组分，以亚甲基蓝或吲哚菁绿为包载组分。

2.根据权利要求1所述的基于聚丙烯酸丁酯的复合纳米光声造影剂，其特征在于：包载组分为亚甲基蓝，粒子直径为525.1纳米，电位为-4.52毫伏。

3.根据权利要求2所述的基于聚丙烯酸丁酯的复合纳米光声造影剂，其特征在于：亚甲基蓝在复合纳米光声造影剂中的浓度为7.6微克/毫升。

4.根据权利要求1所述的基于聚丙烯酸丁酯的复合纳米光声造影剂，其特征在于：包载组分为吲哚菁绿，粒子直径为272.0纳米，电位为-5.98毫伏。

5.根据权利要求4所述的基于聚丙烯酸丁酯的复合纳米光声造影剂，其特征在于：吲哚菁绿在复合纳米光声造影剂中的浓度为5.8-6微克/毫升。

6.一种如权利要求1所述的基于聚丙烯酸丁酯的复合纳米光声造影剂的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

a. 1.5毫升丙烯酸丁酯、100毫升葡聚糖溶液、6.4mg亚甲基蓝或4.9mg吲哚菁绿为比例基数，按比例投料入反应体系；

b. 将反应体系酸碱度调至2.0-3.0，常温搅拌后加入氢氧化钠稀溶液终止反应；

c. 反应体系静置4-7小时后，将反应液转移至离心管中离心提纯；

d. 弃去上层清液，以高纯水洗涤、涡旋振荡数次，至少重复离心步骤2次；

e. 离心浓集后得复合纳米光声造影剂。