CN107384385B - MR/FL双模态成像探针及其制备方法以及掺杂Ho碳量子点的用途 - Google Patents

MR/FL双模态成像探针及其制备方法以及掺杂Ho碳量子点的用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及MR/FL双模态成像探针领域，特别是一种MR/FL双模态成像探针及其制备方法以及掺杂Ho碳量子点的用途；该MR/FL双模态成像探针，包括碳量子点，所述的碳量子点上掺杂有元素Ho；该探针使Ho元素具有良好的T1造影能力。

Description

MR/FL双模态成像探针及其制备方法以及掺杂Ho碳量子点的 用途
技术领域
本发明涉及MR/FL双模态成像探针领域，特别是一种MR/FL双模态成像探针及其制备方法以及掺杂Ho碳量子点的用途。
背景技术
非侵入性分子成像技术因其无创检测、动态采集信息和全面反映病灶的技术特点，在生物医学领域有着重要的地位和发展意义。多种非侵入性的成像模式在各自领域都有长足的发展并在临床上得到不同程度的推广应用，包括核磁共振成像(MRI)、CT成像、超声成像、荧光成像(FL)等。然而，单一的成像模式已不能满足临床工作者对于病灶信息的获取需求，结合两种或两种以上的成像模式于一体的双(多)模态分子成像探针应运而生，其中MR/FL双模态成像探针因能结合MR成像的高分辨率和FL成像的高灵敏度于一体而尤其获得关注。碳量子点(CQD)因其出色的光学性能、优越的生物相容性、易于实现掺杂与表面修饰等，被选为构建纳米探针的理想框架，并进一步通过对CQD的掺杂赋予纳米探针MR成像的功能。
如，中国专利ZL2014103939740公开了一种钆掺杂碳量子点的荧光-MRI双模态影像探针；根据其说明书第39段的记载，该碳量子点在T1造影能力方面有较为明显的效果，众所周知地，传统的采用稀土钆作为造影剂，主要与DTPA结合进行造影。根据其表4记载可以看出，采用掺杂碳量子点之后其弛豫时间并未发生明显的变化。其采用碳量子点解决的主要问题在于如何实现荧光-MRI双模态影像造影。
稀土金属元素因其4f电子层而具有独特的光学和磁学等性质。钬(Ho)是原子序数为67的稀土金属元素，在稀土发光与上转换发光材料、特种玻璃和有色玻璃材料、超导材料等均有广泛应用。Ho在室温下具有很大的磁矩，使其氧化物与螯合物具备作为MR成像中的T2造影剂的能力；而其T1造影能力较弱，一般无人进行提及和开发。
现有技术中，采用Ho进行造影已经有大量的文献进行公开，如申请号为03822648.0的中国发明专利申请公开了包括荧光染料和MRI造影剂的双功能造影剂，其顺磁性材料中包含了镧系稀土中的多种材料，也包括Ho。通过申请号为201410233943.9的中国发明专利申请公开了稀土基纳米颗粒磁共振造影剂及其制备方法，其为包覆亲水性配体的稀土基无机纳米颗粒，该稀土元素包括镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪和钇中的一种或多种。中国专利申请CN201510823382.2公开了一种超声/磁共振双模态成像造影剂的合成方法，通过在配合物纳米粒子中掺杂Ho来赋予粒子T2成像效果。
通过上述专利公开的技术方案，我们可以发现，申请号为201410233943.9的中国发明专利申请中并未给出Ho的相关驰豫时间，申请号为03822648.0的中国发明专利申请也没有谈及Ho的相关驰豫时间，申请号为201510823382.2的中国发明专利申请涉及的是Ho的T2造影能力。
根据在实验室中大量的实验，以及市场上销售的与Ho相关的造影剂可以发现，Ho在T2造影能力方面是被证实的，T1造影能力非常差。
通过上述的文献资料可以发现，第一、为了提高生物相容性以及易于掺杂等特性，通过掺杂镧系金属等来制备碳量子点已经为本领域技术人员所采用，但是碳量子点对于其本身的弛豫性能并不产生本质性的改变；第二、现有技术中，关于Ho的造影能力，大多集中在T2造影方面，对于T1造影，本领域技术人员认为，其并无显著的性能。
发明内容
本发明旨在提供一种MR/FL双模态成像探针及其制备方法以及掺杂Ho碳量子点的用途；该探针使Ho元素具有良好的T1造影能力。
其具体方案为：一种MR/FL双模态成像探针，包括碳量子点，所述的碳量子点上掺杂有元素Ho。
同时，本发明还公开了一种MR/FL双模态成像探针的制备方法，通过一步水热法合成掺杂有元素Ho的碳量子点。
在上述的MR/FL双模态成像探针的制备方法中，所述的一步水热法包括如下步骤：
步骤1：将一定量的DTPA和HoCl3·6H2O溶解于超纯水中，在40℃下搅拌反应一段时间，得到Ho-DTPA溶液；
步骤2：将一定量的一水合柠檬酸和支链聚乙烯亚胺溶解于超纯水中，所得溶液再与步骤1的Ho-DTPA溶液均匀混合；
步骤3：将步骤2所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜内，将反应釜置于马弗炉中，使反应釜维持在设定好的温度反应若干小时，停止加热，待反应釜自然冷却，得到棕黄色液体；
步骤4：用透析袋对所得的棕黄色液体于超纯水中透析若干天，透析后液体经冷冻干燥后得到的产物为掺杂有元素Ho的碳量子点，即HoBCD，保存于干燥器中。
在上述的MR/FL双模态成像探针的制备方法中，所述的DTPA与HoCl3·6H2O的质量比为1:0.22～2；所述的步骤1中的超纯水为10～30重量份。
优选地，所述的DTPA与HoCl3·6H2O的质量比为1：0.9-2；
在上述的MR/FL双模态成像探针的制备方法中，所述的一水合柠檬酸与支链聚乙烯亚胺的质量比为1:0.2～0.8；所述步骤2中的超纯水为2-20重量份。
在上述的MR/FL双模态成像探针的制备方法中，所述的支链聚乙烯亚胺的分子量为1000-5000。
在上述的MR/FL双模态成像探针的制备方法中，所述的步骤3中的反应温度为150-250℃，反应时间为1-4h。
在上述的MR/FL双模态成像探针的制备方法中，所述的步骤4中的透析袋的分子截留量为1000-7000。
同时，本发明还公开了一种掺杂Ho碳量子点的用途，用于荧光成像与核磁共振T1造影。
本发明的有益效果在于：
本发明的MR/FL双模态成像探针具有良好的T1造影能力，通过简单的一步水热法将Ho掺杂进碳量子点的结构中，可以快速便捷地制备出磁共振/荧光(MR/FL)双模态成像探针；Ho被限制在碳量子点的框架结构中，大大降低了游离镧系金属离子可能带来的危害，提高了成像探针的生物相容性。更为有趣的是，Ho掺杂进CQD框架反而使其T1造影能力得到凸显，为探索新型的基于碳量子点和镧系金属的MR/FL双模态探针开辟了新途径。
附图说明
图1为本发明的实施例1的浓度梯度相同的钬掺杂碳点(HoBCD)和无掺杂碳点(BCD)体外T1扫描图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
为了更加清楚地对本发明进行说明，列举如下实施例来说明本发明的优越性。
实施例1
步骤1：Ho-DTPA的制备：分别称取0.45g DTPA和0.43gHoCl3·6H2O溶解于20mL超纯水中，在40℃下搅拌反应3h，收集反应后液体，待用；
步骤2：称取1.0g一水合柠檬酸(CA)和0.5g支链聚乙烯亚胺(BPEI，分子量为1800)，加入5mL超纯水溶解，所得溶液再与上述Ho-DTPA溶液均匀混合；
步骤3：将步骤3所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜内，将反应釜置于马弗炉中，设定反应温度180℃，维持在该温度反应2h，停止加热，待反应釜自然冷却，得到棕黄色液体；
步骤4：用分子截留量为3500的透析袋对所得的棕黄色液体于纯水中透析3天，透析后液体经冷冻干燥后得到产物HoBCD，保存于干燥器中。
实施例2
步骤1：Ho-DTPA的制备：分别称取0.9g DTPA和1.8gHoCl3·6H2O溶解于30mL超纯水中，在40℃下搅拌反应3h，收集反应后液体，待用；
步骤2：称取1.0g一水合柠檬酸(CA)和0.5g支链聚乙烯亚胺(BPEI，分子量为1800)，加入5mL超纯水溶解，所得溶液再与上述Ho-DTPA溶液均匀混合；
步骤3：将步骤3所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜内，将反应釜置于马弗炉中，设定反应温度180℃，维持在该温度反应2h，停止加热，待反应釜自然冷却，得到棕黄色液体；
步骤4：用分子截留量为3500的透析袋对所得的棕黄色液体于纯水中透析4天，透析后液体经冷冻干燥后得到产物HoBCD，保存于干燥器中。
实施例3
步骤1：Ho-DTPA的制备：分别称取0.45g DTPA和0.1gHoCl3·6H2O溶解于10mL超纯水中，在40℃下搅拌反应3h，收集反应后液体，待用；
步骤2：称取1.0g一水合柠檬酸(CA)和0.5g支链聚乙烯亚胺(BPEI，分子量为1800)，加入5mL超纯水溶解，所得溶液再与上述Ho-DTPA溶液均匀混合；
步骤3：将步骤3所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜内，将反应釜置于马弗炉中，设定反应温度180℃，维持在该温度反应2h，停止加热，待反应釜自然冷却，得到棕黄色液体；
步骤4：用分子截留量为3500的透析袋对所得的棕黄色液体于纯水中透析3天，透析后液体经冷冻干燥后得到产物HoBCD，保存于干燥器中。
实施例4
步骤1：Ho-DTPA的制备：分别称取0.9g DTPA和0.86gHoCl3·6H2O溶解于30mL超纯水中，在40℃下搅拌反应3h，收集反应后液体，待用；
步骤2：称取1.0g一水合柠檬酸(CA)和0.8g支链聚乙烯亚胺(BPEI，分子量为1800)，加入20mL超纯水溶解，所得溶液再与上述Ho-DTPA溶液均匀混合；
步骤3：将步骤3所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜内，将反应釜置于马弗炉中，设定反应温度180℃，维持在该温度反应2h，停止加热，待反应釜自然冷却，得到棕黄色液体；
步骤4：用分子截留量为3500的透析袋对所得的棕黄色液体于纯水中透析4天，透析后液体经冷冻干燥后得到产物HoBCD，保存于干燥器中。
实施例5
步骤1：Ho-DTPA的制备：分别称取0.45g DTPA和0.43gHoCl3·6H2O溶解于20mL超纯水中，在40℃下搅拌反应3h，收集反应后液体，待用；
步骤2：称取0.5g一水合柠檬酸(CA)和0.1g支链聚乙烯亚胺(BPEI，分子量为1800)，加入2mL超纯水溶解，所得溶液再与上述Ho-DTPA溶液均匀混合；
步骤3：将步骤3所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜内，将反应釜置于马弗炉中，设定反应温度180℃，维持在该温度反应2h，停止加热，待反应釜自然冷却，得到棕黄色液体；
步骤4：用分子截留量为1000的透析袋对所得的棕黄色液体于纯水中透析2天，透析后液体经冷冻干燥后得到产物HoBCD，保存于干燥器中。
实施例6
步骤1：Ho-DTPA的制备：分别称取0.45g DTPA和0.43gHoCl3·6H2O溶解于20mL超纯水中，在40℃下搅拌反应3h，收集反应后液体，待用；
步骤2：称取1.0g一水合柠檬酸(CA)和0.5g支链聚乙烯亚胺(BPEI，分子量为5000)，加入20mL超纯水溶解，所得溶液再与上述Ho-DTPA溶液均匀混合；
步骤3：将步骤3所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜内，将反应釜置于马弗炉中，设定反应温度180℃，维持在该温度反应2h，停止加热，待反应釜自然冷却，得到棕黄色液体；
步骤4：用分子截留量为7000的透析袋对所得的棕黄色液体于纯水中透析3天，透析后液体经冷冻干燥后得到产物HoBCD，保存于干燥器中。
实施例7
步骤1：Ho-DTPA的制备：分别称取0.45g DTPA和0.43gHoCl3·6H2O溶解于20mL超纯水中，在40℃下搅拌反应3h，收集反应后液体，待用；
步骤2：称取1.0g一水合柠檬酸(CA)和0.5g支链聚乙烯亚胺(BPEI，分子量为1000)，加入5mL超纯水溶解，所得溶液再与上述Ho-DTPA溶液均匀混合；
步骤3：将步骤3所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜内，将反应釜置于马弗炉中，设定反应温度180℃，维持在该温度反应2h，停止加热，待反应釜自然冷却，得到棕黄色液体；
步骤4：用分子截留量为1000的透析袋对所得的棕黄色液体于纯水中透析3天，透析后液体经冷冻干燥后得到产物HoBCD，保存于干燥器中。
实施例8
步骤1：Ho-DTPA的制备：分别称取0.45g DTPA和0.43gHoCl3·6H2O溶解于20mL超纯水中，在40℃下搅拌反应3h，收集反应后液体，待用；
步骤2：称取1.0g一水合柠檬酸(CA)和0.5g支链聚乙烯亚胺(BPEI，分子量为1800)，加入5mL超纯水溶解，所得溶液再与上述Ho-DTPA溶液均匀混合；
步骤3：将步骤3所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜内，将反应釜置于马弗炉中，设定反应温度150℃，维持在该温度反应4h，停止加热，待反应釜自然冷却，得到棕黄色液体；
步骤4：用分子截留量为3500的透析袋对所得的棕黄色液体于纯水中透析3天，透析后液体经冷冻干燥后得到产物HoBCD，保存于干燥器中。
实施例9
步骤1：Ho-DTPA的制备：分别称取0.45g DTPA和0.43gHoCl3·6H2O溶解于20mL超纯水中，在40℃下搅拌反应3h，收集反应后液体，待用；
步骤2：称取1.0g一水合柠檬酸(CA)和0.5g支链聚乙烯亚胺(BPEI，分子量为1800)，加入5mL超纯水溶解，所得溶液再与上述Ho-DTPA溶液均匀混合；
步骤3：将步骤3所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜内，将反应釜置于马弗炉中，设定反应温度250℃，维持在该温度反应1h，停止加热，待反应釜自然冷却，得到棕黄色液体；
步骤4：用分子截留量为7000的透析袋对所得的棕黄色液体于纯水中透析3天，透析后液体经冷冻干燥后得到产物HoBCD，保存于干燥器中。
本实施例1制备的HoBCD具有优秀的水溶性、高荧光量子产率及低毒性，体外MR扫描实验和细胞荧光成像实验显示该纳米成像探针具备明显的MR-T1造影增强能力和明亮的荧光成像效果，具备潜在的MR-T1/FL双模态生物成像潜力。
质量浓度梯度相同的HoBCD和BCD的T1灰度图显示，梯度浓度下，HoBCD的T1灰度图随浓度升高而亮度逐渐增强，而BCD的T1灰度图随浓度升高而亮度几乎无变化(图1)。说明HoBCD有T1造影增强的能力，这一点异于通常认为的含Ho成像探针的T2造影能力。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于荧光成像与核磁共振T1造影的MR/FL双模态成像探针，其特征在于，包括碳量子点，所述的碳量子点上掺杂有元素Ho；所述的掺杂有元素Ho的碳量子点通过一步水热法合成，包括如下步骤：
步骤1：将一定量的DTPA和HoCl3·6H2O溶解于超纯水中，在40℃下搅拌反应一段时间，得到Ho-DTPA溶液；
步骤2：将一定量的一水合柠檬酸和支链聚乙烯亚胺溶解于超纯水中，所得溶液再与步骤1的Ho-DTPA溶液均匀混合；
步骤3：将步骤2所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜内，将反应釜置于马弗炉中，使反应釜维持在设定好的温度反应若干小时，停止加热，待反应釜自然冷却，得到棕黄色液体；
步骤4：用透析袋对所得的棕黄色液体于超纯水中透析若干天，透析后液体经冷冻干燥后得到的产物为掺杂有元素Ho的碳量子点，即HoBCD，保存于干燥器中。
2.一种如权利要求1所述的用于荧光成像与核磁共振T1造影的MR/FL双模态成像探针的制备方法，其特征在于，通过一步水热法合成掺杂有元素Ho的碳量子点；所述的一步水热法包括如下步骤：
步骤1：将一定量的DTPA和HoCl3·6H2O溶解于超纯水中，在40℃下搅拌反应一段时间，得到Ho-DTPA溶液；
步骤2：将一定量的一水合柠檬酸和支链聚乙烯亚胺溶解于超纯水中，所得溶液再与步骤1的Ho-DTPA溶液均匀混合；
步骤3：将步骤2所得的混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜内，将反应釜置于马弗炉中，使反应釜维持在设定好的温度反应若干小时，停止加热，待反应釜自然冷却，得到棕黄色液体；
步骤4：用透析袋对所得的棕黄色液体于超纯水中透析若干天，透析后液体经冷冻干燥后得到的产物为掺杂有元素Ho的碳量子点，即HoBCD，保存于干燥器中。
3.根据权利要求2所述的用于荧光成像与核磁共振T1造影的MR/FL双模态成像探针的制备方法，其特征在于，所述的DTPA与HoCl3·6H2O的质量比为1:0.22~2。
4.根据权利要求3所述的用于荧光成像与核磁共振T1造影的MR/FL双模态成像探针的制备方法，其特征在于，所述的一水合柠檬酸与支链聚乙烯亚胺的质量比为1:0.2~0.8。
5.根据权利要求4所述的用于荧光成像与核磁共振T1造影的MR/FL双模态成像探针的制备方法，其特征在于，所述的支链聚乙烯亚胺的分子量为1000-5000。
6.根据权利要求4所述的用于荧光成像与核磁共振T1造影的MR/FL双模态成像探针的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中的反应温度为150-250℃，反应时间为1-4h。
7.根据权利要求4所述的用于荧光成像与核磁共振T1造影的MR/FL双模态成像探针的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中的透析袋的分子截留量为1000-7000。
8.一种如权利要求1所述的MR/FL双模态成像探针用于荧光成像与核磁共振T1造影的用途。
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Gadolinium-doped carbon dots with high quantum yield as an effective fluorescence and magnetic resonance bimodal imaging probe;Caiyan Yu et al.;《Journal of Alloys and Compounds》;20160722;第688卷;第611-619页 *

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