CN1326570C - 顺磁纳米粒子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纳米粒子的制备和用途，特别是顺磁纳米粒子，及其作为基于NMR检查方法的对比度增强剂。根据本发明，对比度明显增强(如从100～200%)。含水和有机合成可导致小的纳米粒子，其具有窄的粒径分布，也可被有利地用于许多其他的工业应用中。

Description

顺磁纳米粒子
现有技术
本发明一般涉及纳米粒子的改进制备，具体地说，涉及使用顺磁纳米粒子作为基于NMR检查方法的对比度增强剂。
通过现有技术的制备方法，仍不能在窄的确定的小粒径范围有效地制备纳米粒子，例如几个纳米，如4nm。但是，这是许多工业应用所希望的。通过本发明可实现该总的目的。
尽管本发明不仅在要求的材料，而且在相当多的应用中具有宽的范围，但通过使用现有技术的具体领域作为实施例的如下描述中，本发明与现有技术显然不同。现有技术的该领域是核磁共振领域，熟知为NMR。
该技术用作实验方法，特别用于诊断医学中，而且用于材料研究和测试中。
关于本发明的实际应用，值得注意的是NMR作为非侵入性检查方法。该方法基于确定从组织到组织的氢原子的不同分布，用于医学作为MRT(磁共振X线断层摄影术)。关于该主题的简单介绍见：“Schild Prof.Dr.Hans H.：MRI made easy，Schering Aktiengesellschaft，1990.ISBN 3-921817-41-2”。
在该技术中元素氢起主要作用。其具有一个质子(原子序数Z＝1)，及如所有的具有奇原子数的元素一样，具有核固有转动形式的动量，熟知为核自旋。该转动产生磁矩，所述磁矩使所述原子产生磁偶极。但是，在含有氢原子的空间中，磁矩的排列是随意的。
但是如果施加外部静态磁场，原子核沿磁力线排列。于是它们位于与外部磁场的轴平行或与其反平行的位置。原子围绕主磁场的磁力线以拉莫尔频率产生运动；大多数的原子核排列为与外部磁场平行的方向(低能态)，而较少数的反平行排列。因此，在z方向(在外部磁场的磁力线方向)上有一个净磁矩及在xy面内的分量被矢量增加所抵消。
如果然后以准确的拉莫尔频率施加变化的磁场(HF电磁波)，能量(共振)转移导致净磁矩从z方向偏转，施加的变化磁场的脉冲持续时间和其振幅决定总矢量的偏离角度。
当变化磁场脉冲停止时，垂直于xy面的总矢量的“弛豫”，即再次与z方向平行，导致变化的电流，所述的电流利用线圈进行测量。
在本发明中两个都表示为时间的参数特别重要；因此，纵向或自旋点阵的弛豫时间T1描述了总矢量的z分量返回到其起始位置时的的时间常数。横向的或自旋-自旋驰豫时间T2描述了由于磁场的非均一性和驰豫引起的相位相干性的损失。
驰豫时间取决于施加的磁场强度和组织的类型。由驰豫时间可确定组织类型的差异。通过施加不是均一的磁场而是梯度磁场实现空间分辨率。结果，正比于施加磁场的拉莫尔频率在要检查组织的每一(薄)层中是不同的，因此可将NMR信号清晰地归属于组织的层。
在医学领域，NMR技术的应用已经从熟知的作为MRT扩展到如下的应用：
核磁共振谱(MRS)：这是一种也可给出生物化学信息的检查方法。因此，在该方法中确定的代谢物可产生信号。它们的浓度以图形方式作为谱或亮度码被叠加到形态学的MRT图像上(c.f.Thurn andBucheler，Einfuhrung in die radiologische Diagnostik，Thieme-Verlag，1998)。
核磁共振血管造影术(MRA)：由于血液流动引起的运动自旋的MRT信号的变化导致另外的信息，其可形成血管成像的基础。
心脏核磁共振X线断层摄影术：心脏病的诊断不仅基于形态成像信息，而且结合功能分析。该结合由ECG-引发的心脏MRT检查得到，后来的再构造(例如以三维视图形式)可识别心脏的功能性衰弱。
MR功能成像：在活化的脑部区域测量作为血流量增加和较高氧消耗的T2的增加，因此在这些区域的信号的T2加权序列变得略微更强。具有或不具有活性状态的成像差别可识别所述的活化区域。
MRT检查通常由至少一个T1加权系列和T2加权系列组成。但是，其在许多检查中成为公认的实践方法，通过T1加权及加入造影剂进行这两个测试。
造影剂用于约1/3的MR检查中。它们缩短了在组织中的驰豫时间T1和T2，这样组织的对比度增加，可以更容易地评价解剖学及生理过程，也可更清楚地显示出病理检查所见。
所述的机制基于未成对电子的存在，通过该机制利用造影剂NMR的成像对比度增加了。该电子具有磁矩，其约为质子的1000倍。该磁矩导致局部磁场的快速变化。未成对电子的偶极当它们位于密集堆积的晶体结构中时具有极其较强的磁化系数。这些物质通常称为超顺磁，具有顺磁物质约100～1000倍的磁化系数。它们比顺磁物质对影像的对比度具有更明显的影响。
顺磁物质也可用于增加信号的强度。它们能够即使在低的浓度也可使信号强度增加。在较高的浓度，信号的强度达到一个平台，然后随浓度的进一步增加又下降。其近似等于T1-和T2-的加权测量，随造影剂浓度的增加，描述的信号强度的平台随后下降往往较早的达到T1的测量。
在寻找造影剂时，现有技术中已经研究了过渡元素的自由离子(Mn2+、Cu2+、Fe3+、Cr3+等)，但进一步要快速使用这样的离子的计划不得不放弃，因为它们对人体有过分的毒性，及它们在血液的pH(7.35～7.45)区域的溶解度差。
在NMR的医疗应用中，含有钆的造影剂已经被更加广泛的使用，因为它们具有良好的增强对比度的能力。但是，以氯化物、硫酸盐或乙酸盐形式的钆离子是有毒的，在网状内皮组织体系(monozyte-巨噬细胞体系)及肝脏、骨胳及脾脏中累积，其通常以螯合物形式使用，例如作为(二亚乙基三胺)五乙酸钆(Gd-DTPA)。
在该化合物的化学结构中，Gd3+离子位于螯合物的中间，被其他分子相对松散地包围。钆离子一共具有九个配位位置。
为得到对比度增强的作用，由于氢核和Gd离子之间的距离足够小，钆离子必须结合12个水分子。
一个优点是通过螯合剂将钆离子从周围环境中高度地屏蔽。其阻挡水分子自由接近钆离子，因为这对于对比度增强是必要的。如果螯合键被打破，一种直接的危险是释放出有毒的钆离子，可能损害有机体。因此在NMR研究中有关对比度的增强作用时，对于“钆及络合剂”体系施加固有的限制。
在该络合的形式中，钆仅在细胞外循环(血管和小间隙)，也不能通过(未接触的)脑部血液阻挡物。同样没有发生任何明显程度的透过进入细胞内部的现象。这归于化合物声称的亲水性。
在约90分钟的半衰期时，在肾脏中通过肾小球过滤排泄。没有观察到管状分泌或再吸附。钆螯合物因此理论上可作为MRT尿路造影的造影剂。Gd-DTPA也是可透析的，当在一个人具有健康肾脏的情况下，在约相同的时间发生去除。
在螯合物中的键合是足够稳定的，稳定常数报道为1022。可以保证该化合物5年的寿命。
Gd-DTPA可以商业获得，例如以产品名为“Magnevist”。关于该造影剂作为对比度增强剂的作用模式的描述见“Felix Roland，HeshikiAtsuko et al.，(Editors)：“Magnevist”，Blackwell Science，3rd Edition 1998，pp.1～27”。参考该文献用于一般的理解并可了解进一步的细节。
Gd-DTPA以自由形式键合钙和镁，在以离子形式的每一种情况下，其都导致电解质平衡的强烈位移，而且导致心跳节律紊乱更到心搏动停止。
在生化试验中，发现Gd-DTPA相当惰性，但没有观察到其他离子从该化合物取代Gd。同样也不知道该化合物的代谢物，也不知道形式的变化。但是，不能排除对病人的潜在危险。
而且，对于用于医疗诊断的Gd-DTPA是非常昂贵的，因为络合剂很昂贵而且需要很高的纯度。但是，在医疗应用的特殊场合，极其希望增加成像的对比度，这样测量结果可以更清楚地表示出来作为医疗诊断的基础，因此更容易解释。而且，在医疗NMR诊断中，除了动脉静脉给药外，希望获得一种用于口服的造影剂。使用Gd-DTPA目前经济上不可行，因为在口服情况下要消化的造影剂的量明显多于动脉/静脉给药情况下的量。因此口服Gd-DTPA太昂贵。
发明的改进
与现有技术方案的方法，如权利要求1或2或另外的从属权利要求描述的纳米粒子具有这样的优点，即它们制备为具有窄的粒径分布，即平均偏差为约1nm或小的粒径，例如2～15nm，这样它们不能聚集，因此非常适合于NMR特定的应用，也适合于许多的工业应用。
在MNR的特定应用中，根据本发明的方法或由现有技术熟知的其他方法制备的顺磁纳米粒子，具有这样的优点，即它们能提供具有对比度增强成像的医学MRT诊断，它们明显减少成本，减少由于造影剂毒性存在的对人类健康的危险。由于自由DTPA引起的危险在使用本发明的纳米粒子而没有DTPA络合物时可自动被排除。另外，纳米粒子所基于的稀土元素不以自由形式存在，而相反形成为晶格，由于其低的溶解性，这样可能不存与病人体相互作用。
根据本发明有两种途径，其一是使用水，另一是使用有机溶剂，用于制备纳米粒子。它们都得到具有窄粒径范围的纳米粒子，在任何载流体中都不聚集、均匀地分散，上述特征对于许多应用是必不可少的。
合成步骤不是特别用于在NMR中具有对比度增强作用的纳米粒子。同样可能实现其他的物理或化学效应，如具有适当掺杂时的荧光。
根据本发明的另一个方面，本发明的纳米粒子可具有多种其他的应用和优点，所有这些都基于本发明纳米粒子的特征。
a.在比现有技术明显较低的用量下，具有优异的核磁共振性能及
b.在任何材料中使纳米粒子均一分散的能力。
因此，任何的液体例如作为从其中生产任何要形成的制品的中间体，根据本发明可与纳米粒子加合，随后通过基于NMR的方法检查微小的材料缺陷例如空气包夹物等。这样的液体以下也称液体材料。
本发明的一个主要方面是利用顺磁纳米粒子，用于增加对比度或改变要检查材料或组织的驰豫时间。优选的用途是作为医疗诊断中的MRT造影剂。
有利的是，使用本发明的纳米粒子不需要络合剂以掩蔽造影剂的毒性，由于对比度增强物质例如Gd形成为晶格，例如独居石晶格的GDPO4。尽管将对比度增强物质稳定地加入晶格中，然而不能保证由于高比例的表面原子，可以获得比现有技术更多的氢原子的自由配位位置(1/9)。
例如，在粒径为5nm的GDPO4纳米粒子的情况下，全部原子的40％位于表面。当全部的纳米粒子由10,000个原子组成时，那么约有4000个表面原子。在GDPO4的情况下，确切地说其20％为Gd原子。因此，约800个Gd原子对于氢原子是可利用的。当纳米粒子的尺寸减少时，结果变得更好。
对于相同绝对量的NMR增强物质，例如以磷酸钆形式的钆，在本发明的纳米粒子的表面上，比现有技术络合剂的表面上汇集有明显更具反应性的钆。基于这样的理由，当使用本发明的基于纳米粒子的造影剂时可以减少用量，或在相同的材料用量下，可以减少测量时间。
也可能使用钆以外的物质，其更便宜，当通过加入纳米粒子效果再增加时，具有固有的较小的对比度增强效应。
从属的权利要求描述了本发明各个主题有利的实施方式和改进。
在本发明的又一个实施方式中，金属氯化物用于本发明的制备方法中，用于获得阳离子晶格化合物，或使用磷酸盐用于获得其阴离子组分和酸清除剂，优选为胺，特别优选三辛胺(C24H51N)，加入合成中。如果使用氯化物盐，基于使用的金属盐的量，材料的得率约为80％，这样的得率使该制备方法具有在工业规模应用的可能性。具有稀土阳离子和阴离子磷酸盐的晶格因此可以该方法有利地制备。
如果磷酸酯用作反应溶剂，可以控制纳米粒子的生长。使用磷酸酯可得到具有窄粒径分布的高产率的纳米粒子。磷酸酯以金属氯化物∶磷酸酯1∶1～1∶∞的比例化学计量使用。
但是，都由同一申请人同时申请的PCT/DE00/03130题目为“Dotierte Nanopartikel”及其连续申请中公开的物质，也用作溶剂用于获得本发明的纳米粒子。
由本方法得到的纳米粒子材料，在沉淀干燥后例如通过热空气，为柔软的屑、非常细的颗粒粉末浓缩物，其然后又可加入到许多载体中，特别是载流体或流体材料，取决于具体应用的需要。因此，纳米粒子除了作为造影剂以外，还可加入到任何其他制品中，特别是由铸塑或其他成形方法生产的制品，包括膜等。
如果材料的熔点太高，这样纳米粒子有利的性质由于高的熔融温度而失去，通过滚动可将纳米粒子牢固地结合到表面。
在材料具有较低熔点的情况下，通过搅拌载流体与材料可以得到均一的混合物，该混合物随后可被用作惰性alia，非破获性的材料测试。
本发明的纳米粒子可以在有机介质或含水介质中合成。这两条合成路线都在由同一申请人同时申请的国际申请PCT/DE00/03130题目为“Dotierte Nanopartikel”及其连续申请中公开，用于大量不同的纳米粒子的合成，特别是用于具有不同类型掺杂的纳米粒子的合成。同样，公开的制备方法可用于制备未掺杂的纳米粒子，对此本领域的普通技术人员可以容易地意识到，由于纳米粒子的掺杂对于目标尺寸的合成不是必要的，不管在有机还是在含水介质中。
本发明公开和/或要求的物质也可使用由同一申请人同时申请的德国专利申请DE 100 58 544.2题目为“Phasentransfer vonNanopartikel”中公开的含水合成特别有利地制备。
可以改变各种原料使其能够根据本发明得到宽范围的材料，包括稀土化合物的材料，特别是顺磁纳米粒子，优选但不是唯一的可以使用权利要求中限定的方法进行制备。
根据物理和化学化学性质，这些材料然后可以目标化的方式提供于商业应用。用于MRT的NMR检查和用于非破坏性材料试验是主要应用，目前可识别顺磁纳米粒子。另外的应用是在上述国际专利申请中描述的那些，其利用纳米粒子的光学性能(UV、VIS或NIR)，特别是荧光性能。
当材料含有粒径范围为1～1000nm的纳米粒子时，优选1～500nm，更优选为1～100nm，  甚至更优选为1～20nm，最优选为4～5nm，标准偏差小于约30％，优选小于10％，如上面的描述，那么可以增加纳米粒子所希望作用的效率。甚至纳米粒子在其他载体或材料上的非常细和均一的分散也是可能的。因此，在每一种情况下都可以经济高效的方式利用所希望的技术效果。
当该材料特别是用作造影剂时，包括磷酸盐化合物，其具有这样的优点，即可相对简单地制备而且毒性低。
由于它们作为对比度增强剂的良好作用，造影剂包括磷酸钆纳米粒子，特别用于医疗NMR应用。但是，磷酸钕和磷酸铕纳米粒子也是适当的。
本发明的纳米粒子同样适合作为在体外进行的NMR实验的抗体标记物。同样，为组织学目的，可用现有技术的方法标记癌症和发炎的细胞。在本发明中，要处理取自病人的非常薄的组织层。在现有技术中，迄今为止这仅通过荧光纳米粒子作为标记物是可能的。根据本发明，可使用NMR敏感的纳米粒子类似地改进抗体检查方法。
另外的应用有：使用本发明的纳米粒子作为MRT造影剂，用于体内检查以通过将纳米粒子键合到抗体上而检测该抗体。而且，本发明的纳米粒子适合于同时作为NMR和MRT的抗体标记物。
本发明的纳米粒子适合作为体外NMR和MRT抗体标记物，及作为体内MRT抗体标记物。另外的NMR分析能力作为诊断辅助手段可以得到比使用荧光达到的更精确的测量，从而得到更好的性能。在体内和体外同时使用的能力，使抗体制造商节约了开发用于其他应用的抗体的费用。
如果根据本发明制备的纳米粒子被引入到载流体上，稀释预定的份量，并分散到另一介质例如橡胶、聚合物等中。
于是其形成应用的基础，根据本发明该流体用于生产可模制和铸塑的制品，所述支制品随后通过NMR方法检查用于检测材料内部的缺陷，例如能耐高应力的汽车轮胎或密封材料等。
附图简述
在附图中部分示意了说明本发明的实施例，在如下描述中将更详细地描述。
在附图中：
图1是一套测量曲线：在MTR测量中，随作为对比度增强剂的磷酸钕粒子的不同重量百分数变化，信号强度对不同T1值的变化。
实施例的描述
本发明的一个重要方面，其描述了本发明的优点，总的说特别是改进的MRT诊断或通过NMR检查的能力，将在以下描述。
纳米粒子通常具有10～1000个原子，而且它们的尺寸在单个分子到宏观固体的边界范围。纳米粒子可以特别是在溶液中制备。
图1示意了对于沿X轴(TR＝以秒计的响应时间)变化的不同T1值，在MRT诊断中水中的信号强度。圆表示没有加入造影剂的信号强度，及三角形表示加入造影剂的信号的强度，所述的造影剂包括0.001wt％的由本发明方法制备的磷酸钕纳米粒子。菱形符号表示0.01wt％时的强度，方块表示0.1wt％时的信号强度，叉表示1wt％的信号强度。从不同T1值的比较可见，1wt％的加入可以得到在整个TR1范围100％～200％的增加。同样从附图中可见，即使非常小的0.001wt％的加入，在每一种情况可产生大于20％相当大的信号强度的增加。
当使用磷酸钆纳米粒子时，甚至可实现更高的信号增强。用于说明目的的一系列制备化合物的方法在以下公开。注意到本发明的范围不限制于本发明的那些物质，或这些物质的应用，其制备将在以下详细描述。而且，根据本发明通过系统改变含有顺磁金属离子，特别是含有稀土元素粒子的本发明纳米粒子的组成，及如下列出的“反离子”，一起形成满足上述有利标准的晶体结构，也可以实现上述目的。
可以使用的反离子是硼酸盐、铝酸盐、镓酸盐、硅酸盐、锗酸盐、磷酸盐、卤代磷酸盐、氧化物、砷酸盐、钒酸盐、钕酸盐、钽酸盐、硫酸盐、钨酸盐、钼酸盐、卤化物和硝酸盐。
通过实施例公开不同类型的纳米粒子的选择的制备方法。
1.GdPO4纳米粒子的合成
在实际合成之前，1.176g(12mmol)H3PO4和7.5ml四甘醇醚(tetraglyme)(四甘醇二甲醚)在密闭容器中混合搅拌12小时直到形成清澈的溶液。
3.71g(10mmol)GdCl3·6H2O随后溶解在约6ml MeOH中。溶解的盐然后置于250ml烧瓶中与100ml磷酸三乙基己酯混合。然后在RT减压下小心去除MeOH。在30℃减压下随后蒸馏出结晶水直到溶液不再形成任何气泡。随后将氮引入烧瓶中，将15.7ml(36mmol)三辛胺加入到该溶液中。所有的磷酸/四甘醇醚混合物随后被加入，密闭该设备在473K氮气氛下加热约40小时。
制备：
将冷却的溶液与甲醇混合，离心及倾析。用AR级的甲醇仔细洗涤沉淀，干燥(不用高温)并称量。
2.GdTaO4胶体的合成
制备K8Ta6O19·16H2O(MW＝1999.07g/mol)的方法
预热恒温箱到773K。将25g KOH和5g Ta2O5置于银坩锅中覆盖(Ag箔)在其中加热30分钟(直到熔融物澄清！)。同时，加热500ml蒸馏水到沸腾。将坩锅从恒温箱中取出自然冷却，用少量热水(一共约50～100ml如果足够)数次使固化的熔融体泥塘化。将得到的溶液置于PE瓶中(非玻璃！)。通过棱沟型过滤纸和塑料漏斗将溶液过滤到PE瓶中。为沉淀产品，将溶液与1～4倍其体积的乙醇(工业级是满意的)混合。在离心过滤后如果必要，倾析上层清液溶液。将沉淀两次溶解在约1.0M的KOH中，用乙醇沉淀。在于燥器(硅胶)中在滤纸上干燥并放入瓶中。(100％产率＝7.5g没有实现，因为形成了KTaO3)。
GdTaO4的制备过程：
将2.116g(5mmol)Gd(NO3)3·5H2O溶解于20ml水中，加入Teflon反应釜中的14ml 1M KOH中。将1.66g K8Ta6O19·16H2O(5mmol Ta)溶解在1ml 1M KOH的35ml水中，并加到镧系元素溶液中。在反应釜中(Teflon容器)边搅拌边在543K下将溶液加热1小时。过滤掉沉淀，在混合有6.87g Dequest2010溶液(60％的浓度)(20mmol)的200ml的0.5HNO3(pH0.3)中搅拌。随后使用1M(在1M，约80～200ml！)的KOH提高到pH为12.5，搅拌过夜，在4500rpm下离心10分钟。倒出所有的上层清液液体并弃掉。
在40ml水中搅拌沉淀，在超声浴中分散2分钟。随后在4500rpm下离心15分钟并倾析(胶溶作用？)虹吸出上层清液液体。反复搅拌离心沉淀另外3次。随后用蒸馏水洗涤直到胶溶作用(＝小粒子的再溶解)开始发生。在12000g离心胶体溶液60分钟，通过倾析将纳米粒子沉淀从上层清液液体中分离。
3.GdVO4胶体的合成
GdVO1的制备步骤：
将4.333g(9.5mmol)Gd(NO3)3·5H2O溶解于20ml水中，加入Teflon反应釜的15ml 1M NaOH中。将1.820g Na3VO4·10H2O(5mmol)溶解在35ml水中，并加到镧系元素溶液中。在反应釜中(Teflon容器)边搅拌边在543K下加热溶液1小时。过滤掉沉淀，在混合有6.87g Dequest2010溶液(60％的浓度)(Monsanto)(20mmol)的100ml的0.5M HNO3中搅拌。随后使用1M(约40～100ml！)的1M NaOH提高到pH为5，在4500rpm下离心15分钟。随后用蒸馏水洗涤直到胶溶作用(＝小粒子的再溶解)开始发生。在12000g离心胶体溶液60分钟，通过倾析将纳米粒子沉淀从上层清液液体中分离。
4.Gd3Ga5O12纳米粒子的合成：
将3.89g(10.4mmol)Ga(NO3)3·6H2O、2.68g(5.9375mmol)Gd(NO3)3·6H2O在搅拌下溶解在20ml水中。将该溶液一次倒入10ml25％浓度氨水的40ml水中(反过来不行！)。pH必须大于10，否则加入更高浓度的氨。离心出沉淀，随后倾析。在50～100ml水中搅拌沉淀5次，随后在50～100ml甲醇中搅拌5次，洗涤、离心并倾析。引入倾析的但仍含有100ml熔融的1，6-己二醇的甲醇雾沉淀进入回流设备。在373K减压下加热直到所有的甲醇和水被蒸馏出来。引入惰性气体(如氮或氩)在惰性气氛下回流16小时。使混合物冷却转移到反应釜的玻璃容器中。将玻离容器置于反应釜中仔细松开玻璃帽。为有助于热传导，在反应釜壁和玻璃容器之间的空间中引入50ml的1，6-己二醇。随后关闭反应釜，仔细抽空2次每一次用氮或氩充满(或另外的贵气体)。最后，将反应釜加热到573K并在该温度下保持4小时。使反应釜自然冷却，然后将玻璃容器中的物质溶解在100～250ml的异丙醇中。离心除去沉淀并用异丙醇洗涤多次。随后用蒸馏水洗涤直到胶溶作用(＝小粒子的再溶解)开始发生。在12000g离心胶体溶液60分钟，通过倾析将Gd3Ga5O12纳米粒子沉淀从上层清液液体中分离。
该反应也可使用1，4-丁二醇替代1，6-己二醇成功地进行，但小粒子的产率变差。
5.Y3Al5O12：Nd纳米粒子的合成
将4.26g(20.8mmol)异丙醇铝、4.15g(11875mmol)乙酸钇·4H2O及215mg(0.625mmol)乙酸钕(III)·1.5H2O与100ml 1，6-己二醇一起转移到反应釜玻璃容器中，仔细松开玻璃帽。为有助于热传导，在反应釜壁和玻璃容器之间的空间中引入50ml的1，6-己二醇。随后关闭反应釜，仔细抽空2次每一次用氮或氩充满(或另外的贵气体)。最后，将反应釜加热到573K并在该温度下保持4小时。使反应釜自然冷却，然后将玻璃容器中的物质溶解在100～250ml的异丙醇中。离心除去沉淀并用异丙醇洗涤多次。随后用蒸馏水洗涤直到胶溶作用(＝小粒子的再溶解)开始发生。在12000g离心胶体溶液60分钟，通过倾析将Y3Al5O12:Nd纳米粒子沉淀从上层清液液体中分离。
该反应也可使用1，4-丁二醇替代1，6-己二醇成功地进行，但小粒子的产率变差。
到此结束制备实施例的详细描述。
在转移到载流体后，本发明的纳米粒子可送到它们的应用中，例如吞咽或静脉注射。
而且，本发明的纳米粒子也可均一地分散在随后必须要仔细检查的产品中，以确定材料的不均一性以保证产品绝对可靠的功能，例如用于空间飞行、飞行器构造及用于I级方程式塞车或飞机的高度轮胎。
这样的方法生产的制品可以非破坏的方式测试，可以通过成形生产，特别是铸塑，所述的方法包括如下步骤：
a.以预定量例如500L的液体聚合物，提供适合于NMR的液体材料，所述材料包括具有未成对电子的组分，参见上述现有技术部分的描述，
b.提供预定量的载流体，例如适合聚合物的1L溶剂，具有预定浓度的纳米粒子，例如5wt％的GdPO4的纳米粒子主要具有约5nm+/-10％的小粒径，
c.使载流体液体和液体材料混合，优选直到纳米粒子均一分散在液体材料中，及
d.模塑/铸塑制品。
生产的制品可有利地使用基于NMR的技术被彻底检查并“穿透”。于是在整个材料中的非均一性被显示出来。用这样的方法，包夹的空气、细发丝裂纹等可被可靠地检查出来，于是优选该产品不用于预期的用途。这增加了在以后使用中的安全性，因为仅使用非常优质的产品。
尽管以上用优选的实施例描述了本发明，但是本发明不限制于此，而且可用广泛的多种方法进行改进。
作为本领域普通技术人员显而易见，使用其他的组分可以用广泛的多种方法进行改进上述制备方法的许多地方，以合成纳米粒子特别是顺磁纳米粒子。优选这样的情形，其中改性原料。因此，例如通过使用Pr、Nd、Sm、Eu、Tb或Gd可以改变阳离子组分(之前不存在的情况)。
也可以基于上述列出的选择，类似地改变阴离子组分以得到不同的材料。几乎没有例外，阳离子组分可自由地与阴离子组分结合，对于化学较广泛领域的普通技术人员来说是熟知的。
除了由于节约材料的成本优势外，所述的优势由于本发明造影剂导致的对比度增强得以实现，根据本发明，技术上要求较少的纳米粒子的制备，在生产造影剂中也具有明显的经济成本优势。
另一个重要的方面是，特别用于医疗用途时，同时使用不同的熟知有不同对比度和累积性能的对比度增强组分的可能性，或对于该应用这样的性能在以后会知道。由于将离子稳定的结合到晶格中，现在可使用各种由于它们的毒性迄今为止还不能用于医疗诊断中的组分。
取决于选择的阳离子组分，除了本发明主要的发明主题的顺磁性能以外，在合成的化合物中也可能获得荧光性能。这特别适合于阳离子组分Eu、Tb、Sm、Nd、Er及Dy。

Claims (22)

1.一种顺磁纳米粒子，所述的粒子具有晶格结构，包括阴离子和阳离子组分，
其中所述阳离子组分包括选自Gd、Pr、Er、Eu、Nd、Tb、Sm和Dy的稀土元素，和
其中阴离子组分选自硼酸盐、铝酸盐、镓酸盐、硅酸盐、锗酸盐、磷酸盐、卤代磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐、钕酸盐、钽酸盐、硫酸盐、钨酸盐、钼酸盐、卤化物和硝酸盐，和
尺寸为1～20nm，标准偏差小于30％的纳米粒子，条件是不包括以下的化合物：
含有Ce和Tb作为掺杂对的含Tb化合物及Sr3Gd2Si6O18:Pb，Mn；(Y，Gd)BO3:Eu；GdVO4:Eu；NaGdF4:Yb，Er；Gd3Ga5O12:Tb；Gd3Ga5O12:Eu；GdTaO4:Tb；LiI:Eu；BaFCl:Eu；BaFCl:Sm；BaFBr:Eu；BaFCl0.5Br0.5:Sm；BaY2F8:A(A＝Pr，Er)；BaMg2Al16O27:Eu；BaMgAl14O23:Eu；BaMgAl10O17:Eu；(Ba，Mg)Al2O4:Eu；MgWO4:Sm；CaF2:Dy；CaWO4:Sm；2SrO.6(B2O3).SrF2:Eu；3Sr3(PO4)2.CaCl2:Eu；A3(PO4)2.AlCl2:Eu(A＝Sr，Ca，Ba)；(Sr，Mg)2P2O7:Eu；Sr2P2O7:Eu；Sr4Al14O25:Eu；YF3:Yb，Er；YAl3(BO4)3:Nd，Yb；(Y，Ga)BO3:Eu；(Y，Gd)BO3:Eu；Y2Al3Ga2O12:Tb；Y(P，V)O4:Eu；YTaO4:Nb；YAlO3:A(A＝Pr，Er)；YOCl:Yb，Er；LuVO4:Eu；GdVO4:Eu；LaOBrTb；LaF3:Nd，Ce；BaYb2F6:Eu；NaYF4:Yb，Er；NaGdF4:Yb，Er；NaLaF4:Yb，Er；LaF3:Yb，Er，Tm；BaYF5:Yb，Er；GaN:A(A＝Pr，Eu，Er，Tm)；LiNbO3:Nd，Yb；LiNbO3:Er；LiLuF4:A(A＝Pr，Tm，Er)；YVO4:Eu；YVO4:Sm；YVO4:Dy；LaPO4::Eu；Y2SiO5:Eu；Ca3(PO4)2:Eu2+；Ca3(PO4)2:Eu2+，Mn2+；Sr2SiO4:Eu2+；BaAl2O4:Eu2+；Y3Al5O12:Eu；Y3Al5O12:Nd；Y2(WO4)3:Eu；CaMoO4:Eu；LaPO4:Ce，Dy；Ca3(PO4)2:Eu2+；Ca3(PO4)2:Eu2+，Mn2+；BaAl2O4:Eu2+。
2.如权利要求1的顺磁纳米粒子，其中标准偏差小于10％。
3.如权利要求1或2的顺磁纳米粒子，具有GdPO4或GdVO4的通式。
4.一种制备顺磁纳米粒子的方法，所述的粒子具有晶格结构，包括阴离子和阳离子组分，
其中所述阳离子组分包括选自Gd、Pr、Er、Eu、Nd、Tb、Sm和Dy的稀土元素，和
所述阴离子组分选自硼酸盐、铝酸盐、镓酸盐、硅酸盐、锗酸盐、磷酸盐、卤代磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐、钕酸盐、钽酸盐、硫酸盐、钨酸盐、钼酸盐、卤化物和硝酸盐，和
尺寸为1～20nm，标准偏差小于30％的纳米粒子，条件是不包括以下的化合物:
GdVO4:Eu；GdTaO4:Tb；Y2(WO4)3:Eu；CaMoO4:Eu；及GdTaO4:Tb；
该方法包括如下步骤：
a.制备阴离子组分的水溶液，
b.制备阳离子组分的水溶液，
c.混合两种溶液以形成混合液，
d.在反应釜中在压力下将溶液加热到高于380K的温度，
e.在高温下搅拌混合液预定的时间，
f.从反应釜壁中分离沉淀，
g.溶解沉淀，将沉淀溶液中和到pH为4～6，
h.从溶液中分离所述的沉淀，洗涤沉淀直到开始发生胶溶作用，
i.离心胶体溶液及
k.从上层清液液体中分离碎片的纳米粒子。
5.如权利要求4的方法，其中步骤g的沉淀溶解在HNO3中。
6.如权利要求4的方法，其中步骤g的沉淀溶液被中和至pH为5。
7.一种制备顺磁纳米粒子的方法，所述的粒子具有晶格结构，包括阴离子和阳离子组分，
其中所述阳离子组分包括选自Gd、Pr、Er、Eu、Nd、Tb、Sm和Dy的稀土，和
其中阴离子组分选自硼酸盐、铝酸盐、镓酸盐、硅酸盐、锗酸盐、磷酸盐、卤代磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐、钕酸盐、钽酸盐、硫酸盐、钨酸盐、钼酸盐、卤化物和硝酸盐，和
尺寸为1～20nm，标准偏差小于30％的纳米粒子，条件是不包括以下的化合物：
含有Ce和Tb作为掺杂对的含Tb化合物及Sr3Gd2Si6O18:Pb，Mn；(Y，Gd)BO3:Eu；GdVO4:Eu；NaGdF4:Yb，Er；Gd3Ga5O12:Tb；Gd3Ga5O12:Eu；GdTaO4:Tb；LiI:Eu；BaFCl:Eu；BaFCl:Sm；BaFBr:Eu；BaFCl0.5Br0.5:Sm；BaY2F8:A(A＝Pr，Er)；BaMg2Al16O27:Eu；BaMgAl14O23:Eu；BaMgAl10O17:Eu；(Ba，Mg)Al2O4:Eu；MgWO4:Sm；CaF2:Dy；CaWO4:Sm；2SrO.6(B2O3).SrF2:Eu；3Sr3(PO4)2.CaCl2:Eu；A3(PO4)2.AlCl2:Eu(A＝Sr，Ca，Ba)；(Sr，Mg)2P2O7:Eu；Sr2P2O7:Eu；Sr4Al14O25:Eu；YF3:Yb，Er；YAl3(BO4)3:Nd，Yb；(Y，Ga)BO3:Eu；(Y，Gd)BO3:Eu；Y2Al3Ga2O12:Tb；Y(P，V)O4:Eu；YTaO4:Nb；YAlO3:A(A＝Pr，Er)；YOCl:Yb，Er；LuVO4:Eu；GdVO4:Eu；LaOBrTb；LaF3:Nd，Ce；BaYb2F6:Eu；NaYF4:Yb，Er；NaGdF4:Yb，Er；NaLaF4:Yb，Er；LaF3:Yb，Er，Tm；BaYF5:Yb，Er；GaN:A(A＝Pr，Eu，Er，Tm)；LiNbO3:Nd，Yb；LiNbO3:Er；LiLuF4:A(A＝Pr，Tm，Er)；YVO4:Eu；YVO4:Sm；YVO4:Dy；LaPO4::Eu；Y2SiO5:Eu；Ca3(PO4)2:Eu2+；Ca3(PO4)2:Eu2+，Mn2+；Sr2SiO4:Eu2+；BaAl2O4:Eu2+；Y3Al5O12:Eu；Y3Al5O12:Nd；Y2(WO4)3:Eu；CaMoO4:Eu；LaPO4:Ce，Dy；Ca3(PO4)2:Eu2+；Ca3(PO4)2:Eu2+，Mn2+；BaAl2O4:Eu2+，
其中该方法包括使用有机液体作为阳离子配位剂的步骤。
8.如权利要求7的方法，其中有机液体选自磷酸酯、磷酰胺、磷酰胺氧化物、三烷基膦和三烷基氧化膦。
9.如权利要求7或8的方法，包括使用至少6倍摩尔过量的配位剂的步骤。
10.如权利要求7的方法，用于制备磷酸盐纳米粒子，其中使用金属氯化物用于获得阳离子晶格组分，使用磷酸或磷酸盐用于获得其阴离子组分，并将酸清除剂加入合成中。
11.如权利要求10的方法，其中所述的酸清除剂为胺。
12.如权利要求11的方法，其中胺是三辛基胺。
13.如权利要求8的方法，其中磷酰胺是六甲基磷酰胺。
14.如权利要求8的方法，其中磷酸酯是磷酸三乙基己酯。
15.如权利要求8的方法，其中三烷基膦是三辛基膦。
16.如权利要求8的方法，其中三烷基氧化膦是三辛基氧化膦。
17.一种顺磁纳米粒子在制备基于NMR医疗诊断用造影剂中的用途，所述的粒子具有晶格结构，包括阴离子和阳离子组分，
其中所述阳离子组分包括稀土元素，阴离子组分选自硼酸盐、铝酸盐、镓酸盐、硅酸盐、锗酸盐、磷酸盐、卤代磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐、钕酸盐、钽酸盐、硫酸盐、钨酸盐、钼酸盐、卤化物和硝酸盐，和
尺寸为1～20nm，标准偏差小于30％的纳米粒子。
18.一种顺磁纳米粒子在基于NMR检查方法中用于非破坏性材料测试中的用途，所述的粒子具有晶格结构，包括阴离子和阳离子组分，
其中所述阳离子组分包括稀土元素，和阴离子组分选自硼酸盐、铝酸盐、镓酸盐、硅酸盐、锗酸盐、磷酸盐、卤代磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐、钕酸盐、钽酸盐、硫酸盐、钨酸盐、钼酸盐、卤化物和硝酸盐，和
尺寸为1～20nm，标准偏差小于30％的纳米粒子。
19.如权利要求17或18的用途，其中稀土元素是Gd。
20.如权利要求17或18的用途，其中所述的稀土元素选自Pr、Er、Eu、Nd、Tb、Sm和Dy。
21.如权利要求17或18的用途，其中标准偏差小于10％。
22.如权利要求19的用途，其中纳米粒子的通式为GdPO4或GdVO4。
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