具有生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體及其製備方法
2023-06-01 12:18:36
專利名稱：具有生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及材料化學、納米科學、核醫學領域，特別涉及生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體及其製備方法。
背景技術：
磁性納米晶體廣泛應用於生物醫學領域，包括磁共振造影(MRI)、細胞分離與標記、DNA分離、腫瘤的檢測與治療、靶向藥物載體等。特別是在磁共振造影方面，基於磁性氧化鐵納米顆粒的 SuperparamagneticIron Oxide nanoparticles (SPIO)禾口 Ultrasmall Superparamagnetic Iron Oxidenanoparticles (USPIO)類型造影劑已經走向臨床應用。磁共振成像雖然具有較高的空間解析度，並且能給出準確的解剖結構信息的優點，但仍然存在敏感性差、靈敏度低的不足。和磁共振成像相比，核素成像雖然空間解析度低但卻具有更高的靈敏度。因而以磁性納米晶體為主體，融合兩種成像技術的優點，發展磁共振-核素雙模態成像，已經引起各國科學家的極大關注。要實現磁共振-核素雙模態成像，最重要的一個前提就是製備可用於體內成像的磁共振-核素雙模式造影劑，即製備能在生理條件下能穩定存在、生物相容性好、具有放射性的磁性納米晶體。目前，合成具有放射性的磁性納米晶體一般分為兩步，首先合成出磁性納米晶體， 然後在對其進行放射性核素標記，主要有以下標記方法1)磁性納米晶體和放射性核素化合物進行共混(CN01114912.4) ；2)磁性納米粒子通過表面修飾分子的配位基團與放射性核素進行配位結合(CN200410002030. 2、J. Nucl. Med.，2008，49，1371) ；3)磁性納米粒子通過表面修飾分子與放射性核素化合物進行共價耦聯(Angew. Chem. Int. Ed.，2008，47， 6259)。方法(1)由於只是簡單的混合，磁性納米晶體和核素通過弱相互作用結合在一起， 包括靜電吸附、疏水相互作用等，放射性核素非常容易從磁性納米晶體上脫落。方法(2)和
(3)中，磁性納米晶體通過表面修飾分子利用配位鍵或者共價鍵與放射性核素進行耦聯，結合強度比方法(1)強，但是其製備路線複雜，所得耦聯物的穩定性受表面修飾分子與磁性納米晶體的結合能力、表面修飾分子與放射性核素的結合能力、外部化學環境(如PH值、 其他化學物種的種類及濃度)等諸多因素的影響，從而限制了它們的應用。為了使放射性核素和磁性納米晶體穩定結合，Kim等採用共沉澱法(US7407673B2)，在合成磁性納米晶體的同時用放射性核素67Cu2+替代部分狗2+，製備得到放射性核素67Cu摻雜的磁性納米晶體 67CuxFe1^xOFe2O3(x = 0. 1 0. 4)。上述方法雖然將放射性核素嵌入磁性納米晶體內部，使放射性核素和磁性納米晶體穩定結合，但是由於共沉澱法本身的缺陷，其製備得到的納米晶體產物組成不夠明確、結晶度差、尺寸分布寬、磁響應相對較弱，這些不足將限制它們的應用。與共沉澱法相比，近年來興起的高溫熱分解法可以成功製備出結晶度高、尺寸分布窄、組成明確、磁響應強的磁性納米晶體。中國科學院化學研究所高明遠課題組在高溫熱分解法合成磁性納米晶體方面做了大量研究工作，通過採用強極性溶劑作為高溫反應介質，先後建立了水溶性磁性納米晶體的「一鍋」反應製備技術(CN03136275.3、 CN200610114459. X)、生物相容性磁性納米晶體的「一鍋」反應製備技術(CN03136273. 7)。利用生物相容性磁性納米晶體的「一鍋」反應製備技術直接得到了水溶性、生物相容性(Adv. Mater.，2005，17，1001)及表面帶有可反應基團的生物相容性磁性納米晶體(Adv. Mater.， 2006，18，2553)。此後，在CN03136273. 7專利的基礎上，高明遠等人發明了高結晶度、生理緩衝液中能夠高度溶解並穩定分散的生物相容性磁性納米晶體的「一鍋」反應製備技術 (CN200710187275. 0)。該發明摒棄了作為反應介質的強極性溶劑，轉而採用非極性或弱極性的非配位溶劑作為反應介質，在反應體系中同時引入可與磁性納米晶體表面配位的生物相容性高分子和帶烷基鏈的小分子，得到了在生理緩衝液中可高度溶解並穩定分散的磁性納米晶體。該方法製備得到的磁性納米晶體具有優良的生物相容性，利用其表面修飾的生物相容性高分子與放射性核素1271標記的抗體進行耦聯，製備得到了磁共振-核素雙模造影劑，並成功實現了造影劑的體內靶向磁共振-核素雙模成像(Mo 1. Pharmaceut.，2009，6， 1074)，但是採用磁性納米晶體表面修飾分子與放射性核素進行耦聯製備磁共振-核素雙模造影劑，磁性納米晶體與放射性核素結合的穩定性仍存在問題。為了克服磁性納米晶體與放射性核素結合強度弱的不足，同時繼承已有製備方法的優點，在CN200710187275. 0專利的基礎上，我們發明了高結晶度、能在生理緩衝液中高度溶解並穩定分散、具有放射性和生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體的「一鍋」反應製備技術。
發明內容
本發明的目的之一是提供尺寸可控、高結晶度、能在生理緩衝液中高度溶解並穩定分散、具有放射性和生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體。本發明的目的之二是提供的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其中所帶放射性核素主要放射α、β、Y射線以及正電子等其他粒子或同時放射2種及2種以上不同射線或粒子。本發明的目的之三是提供的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其表面帶有聚合物修飾層，生物相容性好，在生理緩衝溶液中形成的磁流體或膠體溶液具有高度的穩定性。本發明的目的之四是提供的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其表面修飾的聚合物攜帶有羧基或胺基，可直接用於放射性核素摻雜的磁性納米晶體與生物分子的共價耦聯。本發明的目的之五是提供的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其尺寸及分布可以通過反應條件進行調控。本發明的目的之六是提供的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其放射性類型和強度可以通過反應條件進行調控。本發明的目的之七是提供一種尺寸可控、高結晶度、能在生理緩衝液中高度溶解並穩定分散、具有放射性和生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體的「一鍋」反應製備方法。本發明是通過「一鍋」反應，在高沸點的非極性或高沸點的弱極性溶劑中高溫分解有機金屬化合物或無機金屬鹽化合物的同時，加入一定量的放射性核素化合物，在生物相容性高分子或在生物相容性高分子和帶烷基鏈的小分子胺、羧酸或醇共同存在的條件下，經一步反應製備出高結晶度、能在生理緩衝液中高度溶解並穩定分散、具有放射性和生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體。本發明的生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體具有順磁性、超順磁性或鐵磁性，粒徑是1 60納米，能在生理緩衝液中高度溶解並穩定分散。所述的放射性核素摻雜的磁性納米晶體中，磁性部分主要是磁性過渡金屬及其氧化物、磁性鑭系稀土金屬氧化物、過渡金屬或稀土金屬摻雜的磁性氧化物，優選鐵及其氧化物，鈷、鎳、錳或它們的氧化物，以及釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩的氧化物。所述的放射性核素摻雜的磁性納米晶體中，放射性核素主要是放射α、β、Y射線以及正電子等其他粒子或同時放射2種以上不同射線或粒子的金屬放射性核素，優選鐵、鈷、鎳、錳以及磁性鑭系稀土金屬的放射性核素。放射性核素與形成磁性納米晶體非放射性金屬元素的原子比為1 100 1 100000。本發明的生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其表面有生物相容性高分子修飾或生物相容性高分子和帶烷基鏈的小分子共同修飾，所述的生物相容性高分子或者生物相容性高分子與帶烷基鏈的小分子佔生物相容性磁性納米晶體的質量百分含量是 5 85%。所述的生物相容性高分子主要是線型、支化的聚乙二醇(PEG)及其衍生物(包括羧基化聚乙二醇、氨基化聚乙二醇、異端基遙爪聚乙二醇等)，線型、支化的聚乙二醇與聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMA)、聚乙烯胺(PEI)、聚丙氨酸、聚賴氨酸、聚亮氨酸、聚穀氨酸、聚天冬氨酸、聚己內酯或聚乳酸((PLA)形成的嵌段共聚物中的一種或多種，其分子量在600 20000，優選600 6000。上述聚合物最重要的結構特徵是生物相容性聚合物是聚乙二醇、聚乙二醇衍生物或帶有聚乙二醇鏈段的共聚物，使得放射性核素摻雜的磁性納米晶體既可以溶於水，又可以溶於有機溶劑，最終使得到的放射性核素摻雜的磁性納米晶體具有高水溶性及生物相容性。所述的帶烷基鏈的小分子是帶有烷基鏈的小分子胺、小分子羧酸或小分子醇。其中，小分子胺、小分子羧酸或小分子醇的選擇原則是能夠承受有機金屬化合物或無機金屬鹽化合物的高溫分解過程中的高溫，一般而言，沸點大於160°C，烷基鏈中CH2單元數的為 4 M，優選12 18。在本發明中特別優選的帶烷基鏈的小分子包括油胺、十二胺、油酸、 癸酸、1，2_十六烷二醇等。本發明的生物相容性分子若採用帶有兩個或兩個以上羧基和((或)胺基基團的生物相容性高分子，則所製備得到的放射性核素摻雜的磁性納米晶體表面可以攜帶有一個或一個以上在溫和條件下可進一步反應的羧基或胺基，利用該功能基團可將本發明所述的放射性核素摻雜的磁性納米晶體與生物分子進行共價耦聯並應用到實際成像檢測領域。本發明所述的生物分子包括胺基酸、多肽、蛋白、生物素、DNA的胺基衍生物或DNA 的羧基衍生物及帶有胺基或羧基的碳水化合物等。本發明生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體在生理緩衝液中能高度溶解，所得溶液放置半年後仍無沉澱析出。本發明所述生理緩衝液是磷酸鹽緩衝液(PBS)、無菌磷酸生理緩衝液(D-PBS)、 Hank，s平衡鹽溶液(HBSQ或Earle，s平衡鹽溶液(EBSS)。本發明所涉及的生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體的製備方法是採用「一鍋」法，反應過程包括以下步驟(1)在反應容器中將有機金屬化合物或無機金屬鹽化合物，即磁性納米晶體前驅體(如乙醯丙酮鐵等)、放射性核素化合物(如57CoCl2或57CoCl2水溶液等)、生物相容性高分子(如分子量為4000的兩端同時帶有羧基的聚乙二醇等)和帶烷基鏈的小分子(如油酸等)溶於高沸點非極性或高沸點弱極性溶劑(如苯醚等)中形成混合反應溶液。其中，反應液中有機金屬化合物或無機金屬鹽化合物的濃度為0. OOlmol/L 0. 2mol/L，優選濃度為0. 01mol/L 0. lmol/L ；放射性核素化合物濃度為0. 01 μ mol/L 2mmol/L，優選濃度為 0. 1 μ mol/L lmmol/L ；生物相容性高分子的濃度為0. 001mol/L lmol/L，優選0. 05mol/ L 0. 6mol/L ；帶烷基鏈的小分子胺、小分子羧酸或小分子醇的濃度為0 0. 2mol/L，優選 0 0. lmol/L ；(2)若步驟⑴中採用的放射性核素化合物存在於水溶液中，則將步驟⑴的混合反應液在真空條件加熱一段時間，以除去混合反應液中的自由水，而後冷卻至室溫。其中， 加熱溫度為40 100°C，優選溫度為65 85°C ；抽真空壓力為0. 5 IOkPa,優選壓力為 1 4kPa ；加熱時間為30 MOmin，優選40 120min ；(3)通入惰性氣體排除反應體系中的氧氣，加熱步驟(1)或者O)的混合反應液， 反應溫度控制在120 350°C之間，優選180 280°C ；反應時間為0. 25 M小時，優選 0. 5 12小時；在前驅體分解形成磁性納米晶體時，放射性核素化合物同時分解並使放射性核素進入磁性納米晶體的晶格當中，得到生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體；(4)將步驟(3)中的反應液冷卻至室溫，加入體積為反應液體積2 50倍的有機溶劑(乙醚、乙醇、甲醇、丙酮、石油醚或它們的混合物等)沉澱，沉澱經磁分離或者離心分離後，用同樣的有機溶劑洗滌產物晶體3 5次，磁分離或者離心分離即可得到高結晶度、 能在生理緩衝液中高度溶解並穩定分散、具有放射性、生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體；所述的有機金屬化合物是含有過渡金屬或稀土金屬的有機配合物，例如鐵、鈷、 鎳、錳或鑭系稀土金屬的有機配合物，其配體包括乙醯丙酮、羰基、苯基乙醯丙酮、環戊二烯。有機金屬化合物的具體實例包括但不限於三乙醯丙酮鐵、二乙醯丙酮鐵、五碳基鐵、三乙醯丙酮鎳、二乙醯丙酮鎳、四碳基鎳、三乙醯丙酮鈷、二乙醯丙酮鈷、八碳基二鈷、三乙醯丙酮錳、二乙醯丙酮錳、環戊二烯三羰基錳、乙醯丙酮釓、苯基乙醯丙酮釓、三環戊二烯釓、 乙醯丙酮鋱、三環戊二烯鋱、乙醯丙酮鏑、三環戊二烯鏑、乙醯丙酮鈥、三環戊二烯鈥、乙醯丙酮鉺、三環戊二烯鉺、乙醯丙酮銩、三環戊二烯銩等。所述的無機金屬鹽化合物是含有過渡金屬和稀土金屬的無機鹽和水合無機鹽，如鐵、鈷、鎳、錳或鑭系稀土金屬的油酸鹽、硬脂酸鹽、脂肪酸鹽、醋酸鹽、葡萄糖酸鹽、檸檬酸鹽、草酸鹽、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽及其水合物。無機金屬鹽化合物的具體實例包括但不限於油酸鐵、硬脂酸鐵、醋酸鐵、草酸鐵、油酸鎳、硬脂酸鎳、草酸鎳、檸檬酸鎳、醋酸鎳、油酸鈷、硬脂酸鈷、醋酸鈷、草酸鈷、癸酸鈷、檸檬酸鈷、油酸錳、硬脂酸錳、醋酸錳、草酸錳、檸檬酸錳、葡萄糖酸錳、油酸釓、硬脂酸釓、醋酸釓、草酸釓、油酸鋱、硬脂酸鋱、醋酸鋱、草酸鋱、 油酸鏑、硬脂酸鏑、醋酸鏑、草酸鏑、油酸鈥、硬脂酸鈥、醋酸鈥、草酸鈥、油酸鉺、硬脂酸鉺、 醋酸鉺、草酸鉺、油酸銩、醋酸銩、硬脂酸銩、草酸銩、三氯化鐵、二氯化鐵、四水合三氯化鐵、六水合三氯化鐵、硫酸亞鐵、氯化鎳、六水合氯化鎳、氯化鈷、六水合氯化鈷、氯化錳、氯化釓、三水氯化釓、六水氯化釓、硝酸釓、硫酸釓、八水硫酸釓、氯化鋱、六水氯化鋱、硝酸鋱、硫酸鋱、八水硫酸鋱、氯化鏑、六水氯化鏑、硝酸鏑、硫酸鏑、八水硫酸鏑、氯化鈥、六水氯化鈥、 硝酸鈥、硫酸鈥、八水硫酸鈥、氯化鉺、六水氯化鉺、硝酸鉺、硫酸鉺、八水硫酸鉺、氯化銩、六水氯化銩、硝酸銩、硫酸銩或八水硫酸銩等。所述的放射性核素是能夠放射一種射線或粒子(例如α、β、Y射線以及正電子等其他粒子)或同時放射2種以上不同射線或粒子的過渡金屬和鑭系稀土金屬核素，如 MCr^Mru^Fe^Fe^Co^Co^Co^Ni^Cu^ai^Y^Mo^mlTCPcUnOmlAg^CcU186!^ 192Ir,194Ir,198Au,147Pm,153Gd,159Dy,169Yb 等，優選 54Mn、5節e、57Co、6tlCo、56Ni、64Ciu 147Pm、153GcU
咖Dy ，b。所述的放射性核素化合物是上述放射性核素的無機鹽、水合無機鹽、有機金屬化合物以及它們的水溶液，優選上述放射性核素的氯化物、硝酸鹽。所述的生物相容性高分子是聚乙二醇、聚乙二醇衍生物或帶有聚乙二醇鏈段的共聚物，分子量在600 20000，優選600 6000 ；主要選自線型、支化的聚乙二醇及其衍生物，也包括線型、支化的聚乙二醇與聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯胺、聚丙氨酸、聚賴氨酸、聚亮氨酸、聚穀氨酸、聚天冬氨酸或聚乳酸形成的嵌段共聚物中的一種或多種，優選高分子鏈段上帶有一個以上羧基或胺基基團的生物相容性高分子，特別優選雙羧基聚乙二醇、α-羧基-ω-氨基聚乙二醇。所述的帶烷基鏈的小分子是帶有烷基鏈的小分子胺、小分子羧酸和小分子醇類化合物，其中烷基鏈CH2單元數為4 M個，優選12 18個，如油胺、油酸、十二胺、1， 2-十六烷二醇等。所述的高沸點非極性或高沸點弱極性溶劑，其特徵是溶劑的沸點高於160°C，優選苯醚、二苄基醚、1-十八烯、油胺、三辛胺、三丁胺或上述化合物衍生物與類似物。本發明可通過改變反應條件，包括金屬前軀體的濃度、生物相容性高分子的濃度、 帶烷基鏈的小分子的濃度、反應時間、升溫過程等製備得到不同尺寸的放射性核素摻雜的磁性納米晶體。本發明可通過改變放射性核素化合物與磁性納米晶體前軀體的比例，製得不同放射性強度的放射性核素摻雜的磁性納米晶體。本發明製備生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其放射性核素均勻分布於磁性納米晶體內部，兩者結合穩定，採用的「一鍋」製備方法具有工藝簡單、操作簡便的特點，所得放射性核素摻雜的磁性納米晶體結晶度高、粒度分布窄、尺寸可調、磁響應強、生物相容性好、能在生理緩衝液中高度溶解並穩定分散，且表面帶有功能基團，可進一步進行生物耦聯。
圖1.本發明實施例1所得樣品的透射電鏡照片㈧及其柱狀粒度分布圖⑶。圖2.本發明實施例1-3所得樣品的X射線衍射譜圖(A-C)及PDF#88_0866標準譜圖⑶。圖3.本發明實施例1所得樣品的磁滯回線。
圖4.本發明實施例4所得磁流體在磁場中的照片。圖5.本發明實施例6所得樣品的透射電鏡照片㈧及其柱狀粒度分布圖⑶。圖6.本發明實施例7所得樣品的透射電鏡照片㈧及其柱狀粒度分布圖⑶。圖7.本發明實施例10所得樣品的透射電鏡照片。圖8.本發明實施例11所得樣品的透射電鏡照片。圖9.本發明實施例16所得樣品的透射電鏡照片。圖10.本發明實施例1所得樣品的磁共振造影圖。附圖標記1.磁鐵
具體實施例方式實施例1在50mL的四口燒瓶中，將0. 53g乙醯丙酮鐵、6g雙羧基PEG2000、2. OmL油胺溶解於25mL苯醚中，加入1 X 10_3mol/L的57CoCl2水溶液96 μ L，混合均勻，在2. 5kPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min，回流反應30min，將反應體系冷卻至室溫，用乙醚沉澱出57Co摻雜的磁性納米晶體，磁分離並洗滌三次，得到表面帶有羧基的生物相容性57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體。待其自然乾燥後，將所得納米晶體溶於去離子水中，利用透射電鏡(TEM)對得到的57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體進行表徵，附圖1 為生物相容性的57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體的透射電鏡照片(A)及其粒徑分布柱狀圖 (B)。由電鏡照片可知，57Co摻雜的Fe53O4磁性納米晶體為近似球形，平均粒徑為8. 4納米， 粒徑相對標準偏差為13%，單分散性好。附圖2(A)為所得57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體的X-射線衍射(XRD)圖譜，由圖可知所得生物相容性的57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體結晶度高，該譜圖和附圖2(D)中!^e3O4標準譜圖(PDF#88-0866)符合較好，表明摻入的放射性57Co對磁性納米晶體的晶體結構基本沒有影響。附圖3為該57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體的磁滯回線，晶體的飽和磁化強度為26. Semu/g，具有超順磁性。熱失重實驗表明，所得生物相容性磁性納米晶體粒子表面修飾的生物相容性高分子的質量百分含量約為60%。 將57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體用硝酸硝化溶解後，用電感耦合等離子體質譜測定，結果表明，57Co摻雜的Fe3O4磁性納米晶體中Fe與57Co的原子比為40099 L57Co的利用率為 39%。放射性計數器測定結果表明，該57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體放射Y射線的強度為8· O μ Ci/Ong57C0摻雜的!^e3O4磁性納米晶體)。實施例2-摻入不同量的Co (1)在50mL的四口燒瓶中，將0. 53g乙醯丙酮鐵、6g雙羧基PEG2000、2. OmL油胺溶解於25mL苯醚中，加入1 X 10_3mol/L的57CoCl2水溶液500 μ L，混合均勻，在4kPa的體系壓力下，90°C加熱80min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min，回流反應30min，將反應體系冷卻至室溫，後處理過程與實施例1相同，得到的57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體平均粒徑為 8. 2nm,放射γ射線的強度為45. 1 μ Ci/(mg57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體)。所得57Co摻雜的Fe53O4磁性納米晶體的X-射線衍射圖譜如附圖2⑶所示。實施例3-摻入不同量的Co (2)在50mL的四口燒瓶中，將0. 53g乙醯丙酮鐵、6g雙羧基PEG2000、2. OmL油胺溶解於25mL苯醚中，加入1 X l(T2mol/L的57CoCl2水溶液200 μ L，混合均勻，在2. 5kPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min，回流反應30min，將反應體系冷卻至室溫，後處理過程與實施例1相同，得到的57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體平均粒徑為 8. 9nm,電感耦合等離子體質譜測定結果表明，所得57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體中狗與 57Co的原子比為1605 1，放射性計數器測定結果表明，所得57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體放射Y射線的強度為202yCi/(mg57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體)，附圖2(C)為所得 57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體的X-射線衍射圖譜，其與實施例1和2中的X-射線衍射圖譜非常相似，表明摻入的放射性57Co對磁性納米晶體的晶體結構影響不大。實施例4-在PBS中穩定性將實施例1中得到的57Co摻雜的狗304磁性納米晶體溶於0. OlM PBS (磷酸鹽緩衝液，pH = 7. 4)，配成3g/L的磁流體，該磁流體放置半年後無沉澱析出。附圖4為該磁流體放置半年後置於磁鐵旁拍攝的照片。實施例5_57CoC12換成固體在50mL的四口燒瓶中，加入1 X 10"3mol/L的toCl2水溶液96 μ L，真空乾燥，得到 57CoCl2的固體，而後加入0. 53g乙醯丙酮鐵、6g雙羧基PEG2000、2. OmL油胺和25mL苯醚，待所有原料全部溶解後，通氮氣除氧30min，回流反應30min，將反應體系冷卻至室溫，用乙醚沉澱出放射性摻雜的磁性納米晶體，磁分離並洗滌三次，得到表面帶有羧基的生物相容性 57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體，所得顆粒的平均粒徑為8. 2nm,放射性計數器測定結果表明，該57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體放射γ射線的強度為7. 8 μ Ci/Ong57C0摻雜的!^e3O4 磁性納米晶體)。實施例6-改變加料順序在50mL的四口燒瓶中，將0. 53g乙醯丙酮鐵、6g雙羧基PEG2000溶解於25mL苯醚中，加入IX 10_3mol/L的57CoCl2水溶液96 μ L，混合均勻，在2. 5kPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，加入2. OmL油胺，混合均勻，通氮氣除氧30min，回流反應30min， 將反應體系冷卻至室溫，後處理過程與實施例1相同，得到的57Co摻雜的Fe53O4磁性納米晶體平均粒徑為12. 5nm，放射γ射線的強度為8. 8 μ Ci/(mg57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體)。 附圖5為所得生物相容性的57Co摻雜的Fe53O4磁性納米晶體的透射電鏡照片(A)及其粒徑分布柱狀圖(B)。實施例7-改變濃度在50mL的四口燒瓶中，將0. 53g乙醯丙酮鐵、6g雙羧基PEG2000、2. OmL油胺溶解於15mL苯醚中，加入1 X 10_3mol/L的57CoCl2水溶液96 μ L，混合均勻，在2. 5kPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min，回流反應120min，將反應體系冷卻至室溫，後處理過程與實施例1相同，得到的57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體平均粒徑為16. Inm,放射γ射線的強度為8. 1 μ Ci/(mg57Co摻雜的F^O4磁性納米晶體)。附圖6為所得生物相容性的57Co摻雜的I^e3O4磁性納米晶體的透射電鏡照片(A)及其粒徑分布柱狀圖(B)0實施例8-用油酸和PEG6000在IOOmL的四口燒瓶中，將1. 06g乙醯丙酮鐵、18g雙羧基PEG6000、2. 6mL油酸溶解於50mL苯醚中，加入1 X 10_3mol/L的57CoCl2水溶液200 μ L，混合均勻，在2. OkPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min，回流反應30min，將反應體系冷卻至室溫，後處理過程與實施例1相同，得到的57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體平均粒徑為16. Inm,放射γ射線的強度為9. 3 μ Ci/(mg 57Co摻雜的Fe3O4磁性納米晶體)。實施例9-原料用五羰基鐵，不用油胺只用α-羧基-ω-氨基PEG在50mL的四口燒瓶中，加入1 X 10_2mOl/L的reNiCl2水溶液100 μ L，真空乾燥，得到56NiCl2的固體，而後加入0. 29g五羰基鐵、6g α -羧基-ω-氨基PEG2000和25mL苯醚， 待所有原料全部溶解後，通氮氣除氧30min，加熱反應體系至200°C，8小時後停止反應，將反應體系冷卻至室溫，其餘操作均同實施例1，所得表面修飾有氨基的生物相容性5fiNi摻雜的磁性納米晶體粒徑為7 14nm，該5fiNi摻雜的磁性納米晶體具有鐵磁性。實施例10-原料換成醋酸錳摻55Fe在50mL的四口燒瓶中，將0. 37g四水醋酸錳、IOg羧基聚乙二醇與聚乳酸嵌段共聚物(PEG-b-PLA)(合成試劑合成方法路線是利用端羥基PEG2000引發丙交酯聚合反應，得到嵌段聚合物，再與馬來酸酐反應得到PLA末端帶有羧基的嵌段聚合物，分子量在 3000-5000之間)溶解於25mL油胺中，加入5 X 10_3mol/L的55FeCl3水溶液100 μ L，混合均勻，在2. 5kPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min，加熱反應體系至200°C反應15min，將反應體系冷卻至室溫，後處理過程與實施例1相同，附圖7為所得,e摻雜的MnO納米晶體的透射電鏡照片，得到的55Fe摻雜的MnO納米晶體平均粒徑為6. Inm,電感耦合等離子體質譜測定結果表明，所得5Ve摻雜的MnO納米晶體中Mn與55Fe 的原子比為8000 1。實施例11-原料換成乙醯丙酮鎳和乙醯丙酮鐵摻57Co合成鎳鐵氧體在IOOmL的四口燒瓶中，將0. 71g乙醯丙酮鐵、0. 26g 二乙醯丙酮鎳、16g聚乙二醇與聚丙烯酸嵌段共聚物(PEG-b-PAA)(合成試劑採用ATRP方法，以PEG2000為大分子引發齊U，採用活性聚合方法得到上述嵌段聚合物，平均分子量為5500，見參考文獻=Langmuir, 2005，21 (9),4205)、2. OmL 油胺溶解於 50mL 苯醚中，加入 IX l(T3mol/L 的 57CoCl2 水溶液 96 μ L，混合均勻，在2. 5kPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧 30min，加熱反應體系至200°C反應6小時，將反應體系冷卻至室溫，後處理過程與實施例1 相同。附圖8為所得生物相容性57Co摻雜的鎳鐵氧化物納米晶體的透射電鏡照片，其平均粒徑為6. 7nm,電感耦合等離子體質譜測定結果表明，所得納米晶體中中Fe、M、57Co的原子比為25060 8010 1。熱失重實驗表明，所得生物相容性57Co摻雜的鎳鐵氧化物納米晶體表面修飾的生物相容性高分子的質量百分含量約為70%。實施例12-摻入64Cu在50mL的四口燒瓶中，將1. 35g油酸鐵、12g雙羧基PEG4000、1. 75g十二胺溶解於 25mL 二苄基醚中，加入1 X 10_2mol/L的64CuCl2水溶液200 μ L，混合均勻，在2. 5kPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min，回流反應1小時，將反應體系冷卻至室溫，後處理過程與實施例1相同，得到表面有羧基修飾的64Cu摻雜的!^e3O4磁性納米晶體平均粒徑為7. Onm,電感耦合等離子體質譜測定結果表明，所得54Cu摻雜的!^e3O4磁性納米晶體中狗與64Cu的原子比為4218 1。將製備得到的生物相容性64Cu摻雜的!^e3O4 磁性納米晶體溶於水中，通過外加磁場1小時的情況下將體系內沒有磁性的物質與磁性晶體分離，經過放射性測定，該複合磁性晶體仍具有放射性，說明放射性核素是穩定結合在磁性納米晶體中的。實施例13-摻入65Zn按照實施例1的配方配製反應溶液，用等摩爾數的65SiCl2代替57CoCl2，經過相同的反應步驟可以得到尺寸在5 13nm的65Si摻雜的!^e3O4磁性納米晶體。實施例14-摻入稀土 lffi3Dy在50mL的四口燒瓶中，將0. 5g硬脂酸鐵、6g帶有羧基的支化PEG2000、0. 2g 1， 2-十六烷基二醇溶解於25mL十八烯中，加入IX 10_3mol/L的159DyCl3水溶液200 μ L，混合均勻，在2. 5kPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min，回流反應2小時，將反應體系冷卻至室溫，其餘操作與實施例1相同，得到表面有羧基修飾的 159Dy摻雜的Fe53O4磁性納米晶體粒徑為7 14nm，電感耦合等離子體質譜測定結果表明，所得159Dy摻雜的!^e3O4磁性納米晶體中狗與159Dy的原子比為22673 1。實施例15-原料換成乙醯丙酮Dy摻wCo在50mL的四口燒瓶中，將0. 89g乙醯丙酮鏑、3. 6g雙羧基PEG2000和1. 8g癸胺溶於25mL苯醚中，加入1 X 10_3mol/L的57CoCl2水溶液96 μ L，混合均勻，在2. 5kPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min，回流反應8小時，將反應體系冷卻至室溫，後處理過程與實施例1相同，得到表面帶有羧基修飾的57Co摻雜的Dy2O3納米晶體，所得顆粒的平均尺寸約為3nm。實施例16-原料換成乙醯丙酮鉺摻lffi3Dy將0. 9g乙醯丙酮鉺、3. 6g雙羧基PEG2000和2. OmL油胺溶於25mLl_十八烯中製成反應液，然後將反應液轉移到50mL四口瓶中，加入lX10_2mol/L的lffi3DyCl3水溶液200 μ L， 混合均勻，在2. 5kPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min， 回流反應6小時，將反應體系冷卻至室溫，加入過量的乙醚沉澱得到表面帶有羧基修飾的 159Dy摻雜的Er2O3納米晶體，餘下的後處理過程與實施例1中的相關步驟相同，所得顆粒的平均尺寸為4. 3納米，電感耦合等離子體質譜測定結果表明，所得159Dy摻雜的Er2O3納米晶體中Er與159Dy的原子比為2018 1，圖9為159Dy摻雜的Er2O3納米顆粒的電鏡照片。實施例17-原料換成氯化釓摻55Fe將0. 40g氯化釓、6g雙羧基PEG2000和2. OmL油胺溶於30mL苯醚中製成反應液，然後將反應液轉移到50mL四口瓶中，加入5X10_3mol/L的55I^Cl3水溶液100 μ L，混合均勻， 在2. 5kPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min，回流反應6 小時，冷卻反應體系至室溫，加入過量的乙醚沉澱得到表面帶有羧基的55Fe摻雜的Gd2O3納米晶體，餘下的後處理過程與實施例1中的相關步驟相同，所得顆粒的平均尺寸為7. 5納米。實施例18-原料換成油酸鈷摻55Fe在50mL的四口燒瓶中，將0. 5g油酸鈷、6g單羧基PEG6000和0. 5g油酸溶於15mL 苯醚中，加入5X 10_3mol/L的55FeCl3水溶液100 μ L，混合均勻，在2. 5kPa的體系壓力下， 80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min，回流反應1小時，將反應體系冷卻至室溫。餘下的後處理過程與實施例1中的相關步驟相同，所得生物相容性55狗摻雜的Co3O4 納米晶體的尺寸為8 17納米，電感耦合等離子體質譜測定結果表明，所得55Fe摻雜的 Co3O4納米晶體中Co與55Fe的原子比為9736 1。
實施例19-原料換成六水合氯化鈥摻iraDy將0. 6g六水合氯化鈥、6g雙羧基PEG2000和2mL油胺溶於25mL苯醚中製成反應液，然後將反應液轉移到50mL四口瓶中，加入lX10_2mol/L的159DyCl3水溶液100 μ L，混合均勻，在2. 5kPa的體系壓力下，80°C加熱60min，而後冷卻至室溫，通氮氣除氧30min，回流反應6小時，冷卻反應體系至室溫，加入過量的乙醚沉澱得到表面帶有羧基的159Dy摻雜的 Ho2O3納米晶體，餘下的後處理過程與實施例1中的相關步驟相同，所得顆粒的平均尺寸為 6. 8納米。實施例20-放射性核素和磁性納米晶體穩定結合將實施例1中製備得到的生物相容性57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體溶於水中，配成5g/L的磁流體，將IOmL該磁流體放入截留分子量為8000 12000的透析袋中，然後將透析袋置於500mL 0.01M PBS (磷酸鹽緩衝液，pH = 7. 4)中透析3天，前12小時，每隔2小時換一次水，以後每隔12小時換一次水。監控透析袋中57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體的放射性強度，結果表明，其放射性強度隨時間基本不變，說明放射性核素57Co和!^e3O4磁性納米晶體穩定結合。實施例21-放射性核素和磁性納米晶體穩定結合按照實施例17中的操作步驟，將0. OlM PBS換成pH為5、6、7、8、9的水溶液(用
鹽酸和氫氧化鈉調節)，透析三天，結果顯示透析袋中57Co摻雜的!^e3O4磁性納米晶體的放射性強度隨時間基本不變。實施例22-放射性核素摻雜的磁性納米晶體在生物成像領域的應用將實施例1中真空乾燥後得到的乾粉樣品溶於0. OlM PBS(pH = 6. 5)中配成5g/ L的溶液，取該溶液0. 5mL,加入2 μ mol EDC · HCl (1-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽)和5 μ mol Sulfo-NHS (N-羥基硫代琥珀醯亞胺)，室溫下反應15分鐘後，加入 0. 5mL 2mg/mL的抗胃癌靶向抗體3H11的PBS (pH = 8. 0)溶液，室溫反應4小時。製備得至_聯3H11抗體57Co摻雜的Fe53O4具有腫瘤靶向性的磁共振_核素雙模探針分子，將以上分子探針通過尾靜脈注射入相應的胃癌腫瘤裸鼠體內並進行磁共振成像和放射性檢測，放射性計數器結果表明Y射線的強度為8. 3 μ Ci，而磁共振造影結果如圖10所示，注射雙模式分子探針後，隨著納米探針在體內循環時間的延長，腫瘤部位逐漸變暗，呈現出明顯的Τ2 造影效果。該實驗表明，耦聯有胃癌靶向3Η11抗體的核素摻雜的納米晶體實現了靶向磁共振造影功能，同時因該探針同時具有放射性，還能夠實現體內核素成像。
權利要求
1.一種生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其特徵是所述的放射性核素穩定結合在磁性納米晶體中，且磁性納米晶體表面修飾有生物相容性高分子或修飾有生物相容性高分子與帶烷基鏈的小分子。
2.根據權利要求1所述的生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其特徵是 所述放射性核素摻雜的磁性納米晶體同時具有磁性和放射性。
3.根據權利要求1所述的生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其特徵是 所述的放射性核素是能夠放射一種射線或粒子或同時放射2種以上不同射線或粒子的放射性過渡金屬元素和放射性鑭系稀土金屬元素。
4.根據權利要求1所述的生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其特徵是 放射性核素與形成磁性納米晶體非放射性金屬元素的原子比為1 100 1 100000。
5.根據權利要求1所述的生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其特徵是 所述的磁性納米晶體選自磁性過渡金屬及其氧化物、磁性鑭系稀土金屬氧化物，磁性納米晶體的粒徑是1 60納米，具有順磁性、超順磁性或鐵磁性。
6.根據權利要求1所述的生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其特徵是 所述的生物相容性高分子帶有一個或多個羧基或胺基，分子量在600 6000，選自線型、支化的聚乙二醇，所述聚乙二醇任選被羧基化、氨基化或具有異端基遙爪，線型、支化的聚乙二醇與聚丙烯酸、聚乙烯胺、聚甲基丙烯酸、聚丙氨酸、聚賴氨酸、聚亮氨酸、聚穀氨酸、聚天冬氨酸、聚己內酯或聚乳酸形成的嵌段共聚物中的一種或多種。
7.根據權利要求1所述的生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其特徵是 所述的生物相容性高分子在修飾到磁性納米晶體表面上後，其聚合物鏈上可帶有一個或一個以上的能夠直接與生物分子進行共價耦聯的羧基或胺基。
8.根據權利要求1所述的生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其特徵是 所述的生物相容性高分子或者生物相容性高分子與帶烷基鏈的小分子佔生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體的質量百分含量是5 85%。
9.根據權利要求1所述的生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其特徵是 所述的帶烷基鏈的小分子是帶烷基鏈的小分子胺、小分子羧酸和小分子醇，其中烷基鏈CH2 單元數為4 M個。
10.一種用於製備根據權利要求1 9任一項所述的生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體的方法，其特徵是，反應過程為以下的一鍋反應將作為磁性納米晶體前軀體的有機金屬化合物或無機金屬鹽化合物、放射性核素化合物或其溶液、生物相容性高分子和帶烷基鏈的小分子溶於高沸點非極性溶劑或高沸點弱極性溶劑中，通入惰性氣體排除反應體系中的氧氣，加熱反應體系，在形成磁性納米晶體的同時摻入放射性核素；反應液冷卻後，加入有機溶劑使磁性納米晶體沉澱，通過磁分離或者離心分離得到具有生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體，其中，在反應液中，磁性納米晶體前軀體的濃度為0. OOlmol/L 0. 2mol/L,放射性核素化合物濃度為0. 01 μ mol/L 2mmol/L，生物相容性高分子的濃度為0. 001mol/L lmol/L，帶烷基鏈的小分子的濃度為Omol/L 0. 2mol/L。反應溫度控制在120 350°C， 反應時間為0. 25 24小時。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵是所述的有機金屬化合物是鐵、鈷、鎳、錳或鑭系稀土金屬的有機配合物，其配體包括乙醯丙酮、羰基、苯基乙醯丙酮、環戊二烯。
12.根據權利要求10所述的方法，其特徵是所述的無機金屬鹽化合物是鐵、鈷、鎳、錳或鑭系稀土金屬的油酸鹽、硬脂酸鹽、脂肪酸鹽、醋酸鹽、葡萄糖酸鹽、檸檬酸鹽、草酸鹽、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽及其水合物。
13.根據權利要求10所述的方法，其特徵是所述的放射性核素化合物是能夠放射一種射線或粒子或同時放射2種以上不同射線或粒子的過渡金屬和鑭系稀土金屬的無機鹽、 水合無機鹽、有機金屬化合物。
全文摘要
本發明涉及高結晶度、能在生理緩衝液中高度溶解並穩定分散、具有放射性、生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體及其製備方法。製備方法包括在生物相容性高分子或生物相容性高分子與帶烷基鏈的小分子的共同存在的條件下，在高沸點非極性或高沸點弱極性溶劑中同時高溫分解金屬前驅體和放射性核素化合物，在形成磁性納米晶體的同時，實現放射性核素的摻雜以及生物相容性分子和帶烷基鏈的小分子在納米晶體表面的原位修飾，得到具有生物相容性的放射性核素摻雜的磁性納米晶體。採用該方法製備的放射性摻雜的磁性納米晶體放射性類型及強度可控，粒徑均一可控、結晶度高、磁響應性強、生物相容性好，具有廣闊的應用前景。
文檔編號A61K103/00GK102451476SQ201010524510
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月29日 優先權日2010年10月29日
發明者喬瑞瑞, 曾劍峰, 牛牧, 高明遠 申請人:中國科學院化學研究所