CN107982551A - 生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法 - Google Patents

生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物矿化法制备纳米氧化钆基磁共振造影剂的方法，其特征在于，将角蛋白粉末溶于超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入前体试剂，充分混合均匀；将得到的溶液的pH值调节为8‑12，然后在水浴条件下剧烈搅拌；反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h后，冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。本发明以角蛋白为稳定剂和还原剂，以硝酸钆为前体，整个过程步骤简单，反应条件温和，且不需要加入额外的化学还原剂，绿色高效。本发明制备的纳米氧化钆粒子的弛豫率值高达7.16，高于商品化的Gd‑DTPA造影剂，是一种高效核磁共振造影剂。

Description

生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法
技术领域
本发明涉及一种磁共振纳米造影剂的制备方法，具体涉及一种生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法，属于纳米材料技术领域。
背景技术
目前，癌症越来越受到人们的关注，癌症的发病率越来越高以及发病年龄趋向于年轻化而且癌症的发生部位也越来越多元化。目前癌症的治疗手段主要有三类，手术、化疗、放疗。但是这些手段都有各自的缺点。所以，癌症的早期诊断就显得尤为重要，磁共振技术是目前应用于肿瘤早期诊断的技术。磁共振成像(MRI)技术是肿瘤早期诊断的常用技术之一，与CT相比，MRI具有高组织分辨力、高空间分辨力、无硬性伪迹和无放射性损伤等优点。与其它影像技术一样，MRI常常需要借助造影剂的作用来提高诊断能力，目前临床诊断中大约有30％以上的磁共振成像需要造影剂。Gd-DTPA就是一种常用的顺磁性造影剂。由于钆离子(Gd3+)的强顺磁性作用，可以缩短质子的T1和T2时间，从而增强造影效果目前应用的钆类造影剂成像的效果并不是很理想，例如Gd-DTPA的弛豫率一般是4左右，这样就造成了与正常的组织成像差异不大，灵敏性与准确性较差。最重要的是钆离子有严重的不良反应，需要一个载体对钆离子进行包被。
角蛋白是动物羽毛、蹄、角质层、神经的主要组成蛋白，但是在目前我国的情况来看，角蛋白并没有受到足够的重视，角蛋白的应用与研究也较少。这就造成了我国角蛋白资源的大量浪费。由于角蛋白含有较多的胱氨酸，所以二硫键含量特别多，这样有助于在形成氧化钆纳米粒时更好的与钆离子偶联。蛋白质支架具有产生金属纳米颗粒作为成像的潜力，并且氨基酸残基上含有丰富的活性基团，能够整合几纳米的金属纳米团簇。在剧烈涡旋下将水中的角蛋白与Gd(NO3)3混合。角蛋白具有丰富的活性基团，如半胱氨酸中的巯基，可诱导Gd复合物的形成。随后，将NaOH引入混合物中以调节pH值。碱性环境可能引发反应，同时将角蛋白转化为非折叠状态，这可促进Gd2O3纳米晶体。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种优质的潜在的角蛋白为载体制成磁共振的造影剂的制备方法，能简易、绿色、低成本地批量制备氧化钆纳米粒子。
为了解决上述问题，本发明提供了一种生物矿化法制备纳米氧化钆基磁共振造影剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：将0.1-0.25g的角蛋白粉末溶于9mL超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；
步骤2)：在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入1mL前体试剂，充分混合均匀；
步骤3)：将步骤2)得到的溶液的pH值调节为8-12，然后在30-60℃水浴条件下剧烈搅拌4-12h；
步骤4)：反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h后，冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。
优选地，所述步骤1)中的角蛋白直接取自含有角蛋白的材料或从角蛋白原料中能够提取得到的任何分子量形式的角蛋白。
更优选地，所述含有角蛋白的材料为人的毛发、指甲、动物毛发、动物角或蹄。
更优选地，所述含有角蛋白的材料为羊毛、家禽羽毛、牛角或牛蹄。
优选地，所述步骤2)中的前体试剂采用Gd(NO3)3溶液或水溶性的含钆试剂。
更优选地，所述Gd(NO3)3溶液的浓度为10-100mM。
更优选地，所述水溶性的含钆试剂为三氯化钆。
优选地，所述步骤3)中调节pH值的试剂采用氨水或NaOH溶液。
更优选地，所述NaOH溶液的浓度为2mol/L。
本发明提供了一种简单绿色的纳米氧化钆粒子的制备方法，该方法以角蛋白为稳定剂和还原剂，以硝酸钆为前体，整个过程步骤简单，反应条件温和，且不需要加入额外的化学还原剂，绿色高效。本发明制备的纳米氧化钆粒子的弛豫率值高达7.16，高于商品化的Gd-DTPA造影剂，是一种高效核磁共振造影剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)创造性的使用角蛋白作为反应的稳定剂和还原剂制备纳米氧化钆粒子，无需额外的化学稳定剂和还原剂。该反应过程简单，绿色高效；
(2)该方法所制备的纳米氧化钆粒子具有高弛豫率值，高于现有商品化Gd-DTPA造影剂。
附图说明
图1为实施例4制得的氧化钆纳米粒子纵向弛豫图；
图2为实施例5制得的氧化钆纳米粒子纵向弛豫图；
图3为实施例6制得的氧化钆纳米粒子纵向弛豫图；
图4为实施例7制得的氧化钆纳米粒子纵向弛豫图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
一种生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法：
(1)准确称量0.1g的角蛋白粉末溶于9ml超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；
(2)在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入1ml、50mM的Gd(NO3)3溶液，并充分混合均匀；
(3)向上述溶液中滴加2mol/L的NaOH溶液，调节体系pH为12，并在37℃水浴条件下剧烈搅拌12h；
(4)反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h，然后冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。
实施例2
(1)准确称量0.15g的角蛋白粉末溶于9ml超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；
(2)在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入1ml、50mM的Gd(NO3)3溶液，并充分混合均匀；
(3)向上述溶液中滴加2mol/L的NaOH溶液，调节体系pH为12，并在30℃水浴条件下剧烈搅拌12h；
(4)反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h，然后冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。
实施例3
一种生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法：
(1)准确称量0.25g的角蛋白粉末溶于9ml超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；
(2)在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入1ml、50mM的Gd(NO3)3溶液，并充分混合均匀；
(3)向上述溶液中滴加2mol/L的NaOH溶液，调节体系pH为12，并在30-60℃水浴条件下剧烈搅拌12h；
(4)反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h，然后冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。
实施例4
一种生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法：
(1)准确称量0.25g的角蛋白粉末溶于9ml超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；
(2)在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入1ml、1mM的Gd(NO3)3溶液，并充分混合均匀；
(3)向上述溶液中滴加2mol/L的NaOH溶液，调节体系pH为12，并在37℃水浴条件下剧烈搅拌12h；
(4)反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h，然后冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。
如图1所示，为本实施例制得的氧化钆纳米粒子纵向弛豫图，由图中可知，该氧化钆纳米粒子的纵向弛豫率达到了6.8。
实施例5
一种生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法：
(1)准确称量0.25g的角蛋白粉末溶于9ml超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；
(2)在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入1ml、10mM的Gd(NO3)3溶液，并充分混合均匀；
(3)向上述溶液中滴加2mol/L的NaOH溶液，调节体系pH为12，并在37℃水浴条件下剧烈搅拌12h；
(4)反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h，然后冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。
如图2所示，为本实施例制得的氧化钆纳米粒子纵向弛豫图，由图中可知，该氧化钆纳米粒子的纵向弛豫率达到了6.75。
实施例6
一种生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法：
(1)准确称量0.25g的角蛋白粉末溶于9ml超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；
(2)在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入1ml、50mM的Gd(NO3)3溶液，并充分混合均匀；
(3)向上述溶液中滴加2mol/L的NaOH溶液，调节体系pH为12，并在37℃水浴条件下剧烈搅拌12h；
(4)反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h，然后冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。
实施例7
一种生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法：
(1)准确称量0.25g的角蛋白粉末溶于9ml超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；
一种生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法：
(2)在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入1ml、100mM的Gd(NO3)3溶液，并充分混合均匀；
(3)向上述溶液中滴加2mol/L的NaOH溶液，调节体系pH为12，并在37℃水浴条件下剧烈搅拌12h；
(4)反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h，然后冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。
如图3所示，为本实施例制得的氧化钆纳米粒子纵向弛豫图，由图中可知，该氧化钆纳米粒子的纵向弛豫率达到了7.75。
实施例8
一种生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法：
(1)准确称量0.25g的角蛋白粉末溶于9ml超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；
(2)在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入1ml、50mM的Gd(NO3)3溶液，并充分混合均匀；
(3)向上述溶液中滴加2mol/L的NaOH溶液，调节体系pH为8，并在37℃水浴条件下剧烈搅拌12h；
(4)反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h，然后冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。
如图4所示，为本实施例制得的氧化钆纳米粒子纵向弛豫图，由图中可知，该氧化钆纳米粒子的纵向弛豫率达到了4.53。
实施例9
一种生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法：
(1)准确称量0.25g的角蛋白粉末溶于9ml超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；
(2)在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入1ml、50mM的Gd(NO3)3溶液，并充分混合均匀；
(3)向上述溶液中滴加2mol/L的NaOH溶液，调节体系pH为10，并在50℃水浴条件下剧烈搅拌4h；
(4)反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h，然后冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。
实施例10
一种生物矿化法制备氧化钆基磁共振造影剂的方法：
(1)准确称量0.25g的角蛋白粉末溶于9ml超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；
(2)在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入1ml、50mM的Gd(NO3)3溶液，并充分混合均匀；
(3)向上述溶液中滴加2mol/L的NaOH溶液，调节体系pH为12，并在60℃水浴条件下剧烈搅拌8h；
(4)反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h，然后冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。

Claims (9)

1.一种生物矿化法制备纳米氧化钆基磁共振造影剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）：将0.1-0.25g的角蛋白粉末溶于9mL超纯水，搅拌溶解，得到澄清透明的角蛋白溶液；
步骤2）：在搅拌条件下，向角蛋白溶液中逐滴加入1mL前体试剂，充分混合均匀；
步骤3）：将步骤2）得到的溶液的pH值调节为8-12，然后在30-60℃水浴条件下剧烈搅拌4-12h；
步骤4）：反应结束后，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋中，透析24h后，冷冻干燥得到氧化钆纳米粒子。
2.如权利要求1所述的生物矿化法制备纳米氧化钆基磁共振造影剂的方法，其特征在于，所述步骤1）中的角蛋白直接取自含有角蛋白的材料或从角蛋白原料中能够提取得到的任何分子量形式的角蛋白。
3.如权利要求2所述的生物矿化法制备纳米氧化钆基磁共振造影剂的方法，其特征在于，所述含有角蛋白的材料为人的毛发、指甲、动物毛发、动物角或蹄。
4.如权利要求3所述的生物矿化法制备纳米氧化钆基磁共振造影剂的方法，其特征在于，所述含有角蛋白的材料为羊毛、家禽羽毛、牛角或牛蹄。
5.如权利要求1所述的生物矿化法制备纳米氧化钆基磁共振造影剂的方法，其特征在于，所述步骤2）中的前体试剂采用Gd(NO3)3溶液或水溶性的含钆试剂。
6.如权利要求5所述的生物矿化法制备纳米氧化钆基磁共振造影剂的方法，其特征在于，所述Gd(NO3)3溶液的浓度为10-100mM。
7.如权利要求5所述的生物矿化法制备纳米氧化钆基磁共振造影剂的方法，其特征在于，所述水溶性的含钆试剂为三氯化钆。
8.如权利要求1所述的生物矿化法制备纳米氧化钆基磁共振造影剂的方法，其特征在于，所述步骤3）中调节pH值的试剂采用氨水或NaOH溶液。
9.如权利要求8所述的生物矿化法制备纳米氧化钆基磁共振造影剂的方法，其特征在于，所述NaOH溶液的浓度为2mol/L。
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