RO122439B1

RO122439B1 - Material nanocompozit magnetic şi procedeu de obţinere a acestuia

Info

Publication number: RO122439B1
Application number: ROA200600827A
Authority: RO
Inventors: Jenica Neamţu; Wilhelm Kappel; Gabriela Georgescu; Nicolae Verga; Ioana Jitaru; Horia Iovu; Teodora Malaeru
Original assignee: Institutul Naţional De Cercetare Dezvoltare Pentru Inginerie Electrică Icpe-Ca
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2009-06-30

Abstract

Invenţia se referă la un material nanocompozit magnetic, pe bază de magnetită şi zaharidă, pentru aplicaţii biomedicale, constituit dintr-un miez magnetic cu reţea cristalină de tip magnetită cu structură cubică, dimensiuni de 9-18 nm, magnetizare de saturaţie Msat >20 emu/g şi câmp coercitiv Hc>70 Oe, încapsulat într-un polimer biocompatibil, materialul rezultat având dimensiuni cuprinse între 20 şi 30 nm, magnetizare de saturaţie Msat>15 emu/g şi câmp coercitiv Hc>50 Oe. Procedeul de obţinere a materialului nanocompozit magnetic, pe bază de magnetită şi zaharidă, pentru aplicaţii biomedicale, constă în refluxarea unui amestec format din 0,899-1,55 g soluţie apoasă de oxalat feros, 0,346-0,495 g azotat feric şi 0,8 g polimer biocompatibil, la 80-120°C, timp de 10-24 h, urmată de adăugarea de amoniac până la pH şi centrifugare pentru separarea nanoparticulelor de magnetită-polimer, şi refluxarea amestecului de nanoparticule cu 0,012-2,5 g 2-deoxi-d-glucoză şi 0,063-2,845 g polimer biocompatibil la 70-80°C, timp de 1-12 h.

Description

Invenția se referă la un material nanocompozit magnetic, de tip magnetită-zaharidă pentru aplicații biomedicale, destinat diagnosticării tumorilor maligne, și la un procedeu de obținere a acestuia.

în scopul testării tumorilor maligne este cunoscută utilizarea zaharidei prin intermediul F18Z, fluor 18-zaharidă care se injectează și se dispune intratumoral, permițând înregistrarea imaginii dispunerii metastazelor și tumorilor primare printr-un procedeu computer-tomografic și la nivelul întregului organism.

Dezavantajul utilizării primului compozit, fluor 18-zaharidă este ca fluorul F18 este radioactiv (gamma emițător cu un timp de înjumătățire de 4 h) și trebuie eliminat rapid din țesutul hepatic.

Este cunoscută, din US 6203777, o metodă de diagnosticare prin rezonanță magnetică nucleară prin administrarea unei substanțe de contrast constituită dintr-un carbohidrat sau un derivat al unui carbohidrat tolerabil biologic, biodegradabil și neimunogen, ales dintre amidon, chitosan, dextran, heparină, etc., care conține particule magnetice, precum magnetită, compozitul rezultat având dimensiuni cuprinse înte 0,010 și 1 pm.

De asemenea, brevetul US 6962685 descrie un procedeu de obținere a nanoparticulelor de magnetită, care constă în amestecarea unei sări de fier precum oxalatul de fier (II) cu un alcool, acid carboxilic și o amină organică într-un solvent organic, urmată de refluxarea la 200-360°C, răcirea și precipitarea acestuia, după care produsul este dispersat într-un solvent pentru a se obține nanocristalele.

Dezavantajele acestor soluții constau în aceea că particulele de nanocompozit biocompatibil nu au dimensiuni suficient de reduse sau magnetizare suficentă pentru a permite o delimitare clară a tumorii diagnosticate prin imagistică.

Problema tehnică pe care își propune să o rezolve invenția constă în furnizarea unui material nanocompozit cu dimensiuni cât mai reduse, cu biocompatibilitate ridicată, neimunogen și cu o magnetizare ridicată, obținut printr-un procedeu eficient.

Materialul nanocompozit magnetic pe bază de magnetită și zaharidă pentru aplicații biomedicale, conform invenției, înlătură dezavantajele menționate prin aceea că este constituit dintr-un miez magnetic cu rețea cristalină de tip magnetită cu structură cubică, dimensiuni de 9-18 nm, magnetizare de saturație Msat. >20 emu/g și câmp coercitiv Hc>70 Oe, încapsulat într-un polimer biocompatibil, materialul rezultat având dimensiuni cuprinse între 20 și 30 nm, magnetizare de saturație Msat.>15 emu/g și câmp coercitiv Hc>50 Oe.

Procedeul de obținere a materialului nanocompozit magnetic pe bază de magnetităzaharidă pentru aplicații biomedicale, conform invenției, constă în refluxarea unui amestec format din 0,899-1,55 g soluție apoasă de oxalat feros, 0,346-0,495 g azotat feric și 0,8 g polimer biocompatibil, la 80-120°C, timp de 10-24 h, urmată de adăugarea de amoniac până la pH 9 și centrifugare pentru separarea nanoparticulelor de magnetită-polimer și refluxarea amestecului de nanoparticule de magnetită cu 0,012-2,5 g 2-deoxi-d-glucoză și 0,063-2,845 g polimer biocompatibil la 70-80°C, timp de 1-12 h.

Procedeul conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- materialul nanocompozit obținut are dimensiuni ale particulelor între 20 și 30 nm ceea ce asigură rămânerea în circulație după injectare și trecerea prin sistemele capilare ale organismului și țesuturilor, evitând embolia vaselor;

- materialul nanocompozit prezintă magnetizare ridicată a particulelor nanocompozite, astfel încât deplasarea acestora în sânge poate fi controlată cu un câmp magnetic, pentru a fi imobilizate pe țesutul patologic țintit;

- materialul nanocompozit magnetic este netoxic și neimunogen;

- înlătură dezavantajele unor metode de diagnosticare care au la bază iradierea.

RO 122439 Β1

Conform invenției, zaharida cu rol de transport și fosforilare, dar care nu este utilizată 1 mai departe în procesul glucolitic, este 2-deoxi-d-glucoza.

Materialul magnetic cu aplicații biomedicale s-a obținut prin sinteza in situ, într-o primă 3 etapă a nanoparticulelor magnetită-polimer care, în a doua etapă se dispersează într-o soluție de 2-deoxi-d-glucoză și polivinilpirolidonă, polimer cunoscut ca fiind biocompatibil. în scopul 5 înlocuirii fluorului F¹⁸ radioactiv, magnetita folosită pentru obținerea soluțiilor injectabile pentru diagnosticare prin imagistică trebuie să fie de dimensiuni cât mai reduse și magnetizare 7 ridicată. Obținerea nanoparticuleorde magnetită se realizează prin reacția a 0,899 -1,550 g oxalat de fier (II), 0,346 - 2,02 g azotat de fier (III) și 0,8 g polivinilpirolidonă. Nanoparticulele 9 magnetice de magnetită au diametrul de 9-18 nm. Biocompatibilizarea se realizează prin dispersarea nanoparticulelor obținute în prima etapă într-o soluție de 0,012-2,5 g zaharidă 11 2-deoxi-d-glucoză și 0,063-2,845 g polimer biocompatibil. Materialul nanocompozit biocompatibil obținut are dimensiunile necesare pentru a rămâne în circulație după injectare și pentru 13 a trece prin sistemele capilare ale organismului și țesuturilor evitând embolia vaselor.

Fluxul tehnologic pentru obținerea materialului nanocompozit biocompatibil este 15 prezentat în fig. 1 și 2.

Fig. 1 reprezintă fluxul tehnologic de obținere a nanoparticulelor magnetită polimer. 17

Fig. 2 reprezintă fluxul tehnologic de obținere a materialului nanocompozit magnetităzaharidă. 19

Invenția este prezentată în continuare printr-un exemplu de aplicare a procedeului de obținere a nanocompozitului magnetic: magnetită-zaharidă. 21

Se dizolvă 0,8995 g oxalat de fier (II), 2,02 g azotat de fier (III) si 0,8 g polimer biocompatibil, și anume polivinil pirolidona PVP, în 100 ml apă. Soluția apoasă este refluxată 23 la temperatura de 80 -120’C, timp de 10 - 24 h, se adaugă 2 ml NH₃concentrat și se supune centrifugării cu viteza de 1000 B 6000 rpm, în scopul obținerii de nanoparticule magnetice 25 de magnetită (miezul magnetic al nanocompozitului) și de separare a acestora din mediul de reacție. 27 în etapa a doua, nanoparticulelele magnetice de magnetită (rezultate din prima etapa a fluxului tehnologic) sunt dispersate într-o soluție apoasă de 0,8 g polimer biocompatibil, și 29 anume polivinilpirolidonă PVP, și 2,5 g zaharidă (2-deoxi-d-glucoza), și apoi este refluxată la temperatura de 70 - 80°C, timp de 1 -12 h. 31

Parametrii utilizați în procedeul de obținere a magnetitei și a nanocompozitului magnetic tip magnetită-zaharidă, asociați cu caracteristicile acestora sunt prezentați in tabelul 33 următor:

RO 122439 Β1

VSM	3 E 2 ω w	o CM Λ	> 15
(0) °H	>70	>5
Έ o OȚ ro N ro C <	1	- inelul zaharidei 2deoxi-d-glucoza: Vyaharida ^în domeniul (800, 900); - vibrațiile v_c._0H la valoarea 1100; - vibrațiile v_c._c în domeniul (1000, 1120) - vibrațiile v_OH în domeniul (1300, 1400) - vibrațiile v_H0H în domeniul (1400, 1500)
Analiza cristalografică (structura)	magnetită (cubică)	magnetită (cubică)
Dimensiunea medie a particulelor (nm)	m	25
Timp (h)	10-24	1-12
o. § σ I-	80-120	70-80
Natura probei	o co Φ LL	Nano-compozit
Nr. crt.	-	CM

co uo h- σ>

co lo h*

RO 122439 Β1

Nanocompozitul magnetic a fost caracterizat prin difracție de raze X, spectre IR și 1 determinări magnetice VSM.

Materialul nanocompozit magnetic tip magnetită-zaharidă, conține un miez magnetic 3 cu rețea cristalină de tip magnetită cu structură cubică, dimensiunea de 9 - 18 nm, magnetizare de saturație M_sat > 20 emu/g și câmpul coercitiv H_c > 70Oe. 5

Nanocompozitul magnetic magnetită-zaharidă rezultat are dimensiunile de 20 - 30 nm, conține benzile IR caracteristice zaharidei (inelul zaharidei 2-deoxi-d-glucoză: v^^g în 7 domeniul (800,900) cm'¹; vibrațiile v_c<3H la valoarea 1100 cm'; vibrațiile v_c._cîn domeniul (1000,

1100) cm'¹; vibrațiile vc.Hîn domeniul (1000,1120) cm¹; vibrațiile vOH în domeniul (1300,1400) 9 cm'¹; vibrațiile v_HOH în domeniul (1400,1500) cm'¹) și are următoarele proprietăți magnetice:

M_sat >15 emu/g și H_c > 50 Oe. 11

Claims

1. Material nanocompozit magnetic, pe bază de magnetită și zaharidă, pentru aplicații 15 biomedicale, caracterizat prin aceea că este constituit dintr-un miez magnetic cu rețea cristalină de tip magnetită cu structură cubică, dimensiuni de 9 - 18 nm, magnetizare de 17 saturație M_sat >20 emu/g și câmp coercitiv H_c>70 Oe, încapsulat într-un polimer biocompatibil, materialul rezultat având dimensiuni cuprinse între 20 și 30 nm, magnetizare de saturație 19 M_sat >15 emu/g și câmp coercitiv H_c>50 Oe.

2. Procedeu de obținere a materialului nanocompozit magnetic pe bază de magnetită- 21 zaharidă pentru aplicații biomedicale, caracterizat prin aceea că acesta constă în refluxarea unui amestec format din 0,899-1,55 g soluție apoasă de oxalat feros, 0,346-0,495 g azotat 23 feric și 0,8 g polimer biocompatibil, la 80-120’C, timp de 10-24 h, urmată de adăugarea de amoniac până lapH 9 și centrifugare pentru separarea nanoparticulelorde magnetită-polimer 25 și refluxarea amestecului de nanoparticule cu 0,012-2,5 g 2-deoxi-d-glucoză și 0,063-2,845 g polimer biocompatibil la 70-80°C, timp de 1-12 h. 27