CN110652599A - 一种蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶的制备及应用 - Google Patents

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Abstract

一种蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶的制备及应用。一种可用于磁共振成像对比剂的蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶，以蛋白分子为模版，用二价锰离子，氟化钾以及少量的有机溶剂，在常温、常压和水溶液中一步仿生合成蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶。本发明提供的制备方法绿色简便，所制备的氟锰酸钾纳米晶具有优良的驰豫性能，可作为一类新型的磁共振成像对比剂。通过加入少量有机溶剂获得高度结晶的氟锰酸钾纳米晶的方法，为以蛋白分子为模版仿生制备其它无机纳米晶提供了新思路。

Description

一种蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶的制备及应用
技术领域
本发明涉及一种磁共振成像对比剂。
本发明涉及氟锰酸钾纳米晶的绿色制备方法。
本发明涉及氟锰酸钾纳米晶作为磁共振成像对比剂的应用。
背景技术
磁共振成像是临床检测脑部肿瘤的金标准。使用造影剂可增强软组织的分辨率。临床上常用钆螯合物例如钆喷葡胺（Gd-DTPA）增强脑瘤与正常组织的对比。但钆螯合物的血循环时间短，导致其成像时间短。此外，钆螯合物还有导致肾纤维化的潜在风险。
锰是人体内必须的元素之一，生物相容性好。近年来，锰基造影剂已成为新的研究热点。锰基造影剂主要包括锰的氧化物、氟锰酸钾、碳酸锰、钨酸锰和锰螯合物等。其中，氟锰酸钾与其他锰基造影剂相比，具有弛豫性能高，造影效果好等特点。
文献报道的氟锰酸钾大多采用热分解法和溶剂热法制备，以确保粒子的高度结晶性。这些方法均需在高温或高压条件下进行，且需要配体交换或多步修饰才能获得高度水分散和良好生物相容性的纳米材料。
蛋白作为天然纳米材料，具有良好的生物相容性和水溶性。研究者使用天然的生物蛋白分子，如牛血清白蛋白、人血清白蛋白、转铁蛋白等作为模板，已成功合成了一系列纳米粒，如氧化锰、氧化铁和氧化钆等。但迄今为止还没有以蛋白为模板合成氟锰酸钾的报道。更重要的是无论合成氧化锰还是氧化钆，用蛋白模板的仿生合成方法很难制备出高度结晶的纳米粒。本发明中，我们利用蛋白作为模板，通过加入适量的有机溶剂，成功获得了一种蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶。此制备方法不仅省去了高温或高压以及后续修饰的繁琐步骤，而且获得的纳米晶的弛豫性能高于商品化的钆喷葡胺，可用于一类新型的脑瘤磁共振成像对比剂。通过加入少量有机溶剂获得高度结晶的氟锰酸钾纳米粒的方法，为以蛋白分子为模版仿生制备其它无机纳米晶提供了新思路。
发明内容
本发明的目的之一是提供蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶作为磁共振成像对比剂。
本发明的又一目的是提供该蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶的制备方法。
为实现上述目的，蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶的制备采用以下步骤：
A）将二价锰离子加入蛋白溶液中；
B）搅拌下，将氟化钾溶液加入到步骤A的溶液中；
C）在步骤B的溶液中加入有机溶剂；
D）将上述C溶液以离心的方式纯化后，冷冻干燥，得到氟锰酸钾纳米晶。
所述方案中，锰离子源为氯化锰或硝酸锰等；蛋白为牛血清白蛋白、人血清白蛋白或转铁蛋白等。
步骤A）中，二价锰离子溶液浓度为0.1-0.5 mol/L，蛋白质溶液浓度为10-60 mg/mL。
步骤B）中，二价锰离子与氟化钾的摩尔比为1：3-1：15。
步骤C）中，有机溶剂可为乙醇、乙二醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜；加入有机溶剂与反应体系总体积的比为1：7.5-1：3；加入有机溶剂的时间为加入氟化钾溶液后0-2 h，总反应时间为0.5-4 h。
步骤D）中，离心转速为4000-6000 rpm，获得产物冷冻干燥。
基于以上技术方案，本发明的蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶，其制备方法具有工艺简单，条件温和，制备周期短等特点。所制得的氟锰酸钾纳米晶具有水溶性好、生物相容性好以及弛豫性能优良的特点。
本发明所述的蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶可作为一类新型脑瘤磁共振成像T1对比剂。
附图说明
图1 为本发明根据实例1制得氟锰酸钾纳米晶的透射电子显微镜（TEM）图。
图2为本发明根据实例1制得氟锰酸钾纳米晶的X射线衍射（XRD）图。
图3为本发明根据实例1制得氟锰酸钾纳米晶的傅里叶转换红外（FTIR）图。
图4为本发明根据实例2的得到的氟锰酸钾纳米晶的弛豫率（r1）值。
图5为本发明根据实例3得到的不同浓度的氟锰酸钾纳米晶的细胞存活率。
图6为本发明根据实例4注射氟锰酸钾纳米晶前后小鼠脑瘤的T1加权磁共振成像扫描图。
具体实施方式
本发明提供了一种蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶的制备方法及其应用。其制备以蛋白为模板，加入锰离子，氟化钾以及一定量的有机溶剂，经离心纯化得到产品。得到的产品可作为造影剂，加强核磁共振成像的对比效果。
本发明制备了一种氟锰酸钾纳米晶，其蛋白模板可为牛血清蛋白，人血清蛋白，转铁蛋白等；锰离子可为硝酸锰，氯化锰等；有机溶剂可为乙醇、丙酮、乙二醇、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜等。其反应总时间为0.5-4 h，以离心的方式纯化，此合成方法简单快捷，条件温和。其产品水溶性好，生物相容性好，弛豫性能优良，可作为磁共振成像对比剂增强肿瘤与正常组织的成像对比度。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
实施例1： 氟锰酸钾纳米晶的制备
1) 将1 mL 0.187 mol/L氯化锰溶液加入10 mL 25 mg/mL的牛血清白蛋白中，搅拌30min；
2）快速加入1 mL 1.87 mol/L氟化钾溶液，搅拌15 min；
3）加入5mL N,N-二甲基甲酰胺，继续搅拌15min；
4）将所得溶液以6000 rpm离心10 min，弃上清液，用蒸馏水和N,N-二甲基甲酰胺洗涤3次，分散于蒸馏水后冷冻干燥得到产物，产物为白色粉末。对所得产物进行透射电镜，X射线衍射及傅里叶红外光谱表征，结果如图1、2、3所示。
实施例2：氟锰酸钾纳米晶弛豫率的测定
分别配制成锰浓度为0.4、0.2、0.1、0.05、0.025 mmol/L的氟锰酸钾溶液。使用7T核磁共振仪，选定RARE-T1+T2-map序列，各项参数设置如下：TR=200，400，800，1500，3000，5000ms，TE=11.00 ms， FOV=50 mm×50 mm，matrix=256 mm×256 mm，FA=180o，slicethickness=1mm，对所配溶液进行T1加权成像扫描，将所得纵向弛豫时间（T1）的倒数与浓度进行线性拟合，所得斜率即为弛豫率。其拟合曲线见图4，所得蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶弛豫率为 6.14 mM-1s-1。
实施例3：细胞毒性评估
以C6细胞为例，对氟锰酸钾纳米晶进行细胞毒性实验。C6细胞在含有10%灭活胎牛血清和1%的双抗的DMEM培养基中培养，培养温度为37℃，在含有5%二氧化碳的气体环境中培养。
将C6细胞以1×104个/孔的密度接种在96孔板中，每孔加入100 μL培养基。培养24h后，以含有锰元素浓度不同（200、100、50、25、12.5、6.25、3.125 μmol/L）的氟锰酸钾纳米晶培养基替代之前的培养基，继续培养。24 h后，小心吸走培养基，每孔加入100 μL 含有0.5 mg/mL的噻唑蓝溶液的培养基。培养4 h后，吸走培养基，每孔加入150 μL二甲基亚砜溶解，震荡后用酶标仪在570 nm处测量吸光值。细胞生存率显示在如图5。结果表明，蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶细胞毒性较低。
实施例4：磁共振成像对比增强效果评估
将制得的样品按5 mg锰 / kg小鼠体重配制氟锰酸钾纳米晶的生理盐水溶液。小鼠尾静脉注射200 μL溶液。使用7T核磁共振仪，各项参数设置如下：TR = 300 ms，TE = 8 ms，matrix = 256 mm × 256 mm，FOV = 25 mm × 25 mm，slice thickness = 0.8 mm，NEX =3对小鼠脑部进行T1加权成像扫描。其结果显示于图6。结果表明，蛋白稳定的氟锰酸钾纳米晶可明显增强脑瘤与正常组织的成像对比，可作为一类新型的磁共振成像对比剂。
以上具体实例，对本发明的目的、技术方案和应用进行了进一步详细说明。以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氟锰酸钾纳米晶的制备及应用，通过以下方法制得：
A）将二价锰离子加入蛋白溶液中；
B）搅拌下，将氟化钾溶液加入到步骤A的溶液中；
C）在步骤B的溶液中加入有机溶剂；
D）将上述C溶液离心纯化后，冷冻干燥，得到氟锰酸钾纳米晶。
2.根据权利要求1所述的氟锰酸钾纳米晶的制备方法，其特征在于：锰离子源为氯化锰和硝酸锰等；蛋白为牛血清白蛋白、人血清白蛋白和转铁蛋白等。
3.根据权利要求1所述的氟锰酸钾纳米晶的制备方法，其特征在于：有机溶剂可为乙醇、乙二醇、丙三醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜等。
4.根据权利要求1所述的氟锰酸钾纳米晶的制备方法，其特征在于：锰离子溶液的浓度为0.1-0.5 mol/L，蛋白质溶液的浓度为10-60 mg/mL，Mn2+与KF的摩尔比为1：3-1：15。
5.根据权利要求1所述的氟锰酸钾纳米晶的制备方法，其特征在于：加入有机溶剂与反应体系总体积的比为1：7.5-1：3。
6.根据权利要求1所述的氟锰酸钾纳米晶的制备方法，其特征在于：加入有机溶剂的时间为加入氟化钾溶液后0-2 h，总反应时间为0.5-4 h。
7.一种根据权利要求1至6任意一项所述方法制备所得到的氟锰酸钾纳米晶。
8.一种根据权利要求7所述的氟锰酸钾纳米晶作为磁共振成像对比剂。
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