專利名稱：用于生產超聲造影劑的設備和方法
本申請涉及超聲造影劑及其制備，并且涉及利用超聲造影劑的醫學成像以及用于生成造影劑的設備。
商業化的超聲造影劑是直徑小于10微米的氣泡。為了增加這些氣泡在循環中的壽命，可以為其提供外殼，該外殼可包括蛋白質，特別是人血清白蛋白、脂類和/或可生物降解的聚合物。為了更進一步增加所述氣泡在循環中的壽命，使用的氣體在血漿中具有非常低的溶解度，主要使用的氣體是C3F8、C4F10和SF6。也已經將液態全氟化碳用于靶向造影劑，所述液態全氟化碳例如是perfluorooctanebromide。
由于制備條件，超聲造影劑的粒度分布一般相當寬，特別是對于基于脂類的造影劑來說。在使用試劑盒(kit)現場生成造影劑的情況下，通過搖動而使氣體和液體混合。液體可以含有外殼材料的前體。可以將整個試劑盒消毒，或者在填充試劑盒之前將該試劑盒和各個部分分別消毒。
如果使用如上所述的試劑盒來制備造影劑，那么對于將成分混合的控制，特別是對于將氣體混合到液體中的控制是不充分的。利用當前可用的試劑盒來生成具有狹窄粒度分布的造影劑非常困難或者是不可能的，但是卻需要提供這種試劑盒，特別是需要為目標造影劑或載有藥物的造影劑提供這種試劑盒。
從文獻可以獲知，迫使液體和氣體一起通過孔口可以提供控制良好的泡液懸浮液，參見Gordillo等人，Physics of Fluids 16(2004)p.2828。液體和氣體容納在相同的隔室(compartment)中。所用的組成成分以及所報告的尺寸不完全適合作為超聲顯影劑。
本發明的目的是提供改進的超聲造影劑及其制備方法，以及涉及使用該超聲造影劑的醫學成像或診斷。本發明提供的試劑盒的另一個優點在于它們能夠被以藥筒的形式，優選與臺式設備相結合的藥筒的形式現場使用，所述臺式設備提供壓力、泵送液體，還可以供應氣體。
根據第一個方面，本發明提供一種通過迫使氣體通過一個或多個微孔或噴嘴進入液體而在該液體中形成具有狹窄粒度分布的氣泡的方法，所述氣泡的尺寸適合于對超聲或其他診斷工具作出響應，該噴嘴或微孔具有基本上一致的直徑，氣體的流動可以被控制，從而使在該液體中形成基本上單分散的氣泡。可以對氣體的流動參數(例如壓力)進行控制。可以控制液體流經一個或多個噴嘴或微孔的流率，從而使一個或多個噴嘴或微孔處的剪切力輔助形成氣泡，例如使氣泡有效地從微孔或噴嘴的孔口脫離。液體的流動是有利的，因為其會對形成的泡施加力，并在泡達到特定尺寸時控制泡脫離。
上述方法能夠形成更加單分散的氣泡的分散體。這不僅對于超聲而且對于其他成像技術以及對于利用超聲或其他技術的藥物輸送都是有用的。
本發明的附加特征在于微孔或噴嘴的陣列包括在適當基板中的蝕刻陣列，例如在諸如硅等半導體材料中的蝕刻陣列。
噴嘴或微孔可以由可控孔隙率的膜、微通道或SPG(Shirasu多孔玻璃)膜來提供。
另一個這樣的附加特征在于這些微孔的方向被確定為與該液體的流動成一定的角度，而不是垂直于該液體的流動。因為形成的液滴將具有較大曲率的區域，因此這對于利用第一液體將第二液體的部分形成液滴“拉斷”是有利的。
另一個這樣的附加特征在于微孔或噴嘴具有用于改變潤濕性質的涂層。
另一個附加特征在于分散體包括適合于診斷成像的造影劑。
另一個附加特征在于盡管在施加壓力之前沒有形成氣泡，但是氣體與液體接觸，因此該液體中充滿該氣體。
另一方面提供一種用于實施該方法的設備。特別地，本發明提供一種在液體中形成氣泡的懸浮液的設備，其中該氣泡的尺寸適合于對超聲或其他診斷工具作出響應，該設備包括用于迫使氣體通過噴嘴或微孔的陣列進入該液體中的裝置，該噴嘴或微孔具有基本上一致的直徑；該設備還包括第一裝置，其用于控制氣體的流動參數以使氣體作為基本上單分散的氣泡懸浮在該液體中。為了使氣泡成核，必須克服拉普拉斯壓力(Laplace pressure)，該壓力與表面張力和微孔直徑有關。
可以提供第二控制裝置，用以控制液體流經或流入噴嘴或微孔的流率，從而使噴嘴或微孔處的剪切力輔助氣體作為基本上單分散的氣泡懸浮在該液體中。
在另一方面中，本發明提供了一種用于顆粒生成的單元(cell)，其可以應用在例如藥筒中以生成囊(capsule)形式的造影劑，該單元具有孔隙率被良好控制的隔離物，以分開氣體和液體。該試劑盒可以包括用于氣體的第一源和用于液體的第二源。該液體優選含有囊的外殼材料的前體。該隔離物可以是任何適合的多微孔膜，如Shirasu多孔玻璃(SPG)膜或多微孔氧化鋁膜，或者該隔離物可以包括可蝕刻材料，例如硅，含有蝕刻的微通道，或者其可以包括一束毛細管，例如以陣列排列的空心針。噴嘴可以從他們所容納在的基板伸出。可選地，可以使用多孔聚合物膜，例如核孔過濾器。該單元在使用中至少含有液體和氣體、以及如上所述的隔離物，該單元任選地進一步配備用于促進平行于該膜的界限分明的流動的裝置。利用該流動，一旦氣泡達到臨界尺寸，就將該氣泡排出，這導致氣泡具有良好的一致性。液體中存在的外殼形成材料、磷脂、聚合物和/或蛋白質可以使這些氣泡穩定。微孔尺寸和形狀、存在的外殼形成材料的濃度、外加壓力和平行于多孔結構的液體速度決定獲得的顆粒尺寸。
該試劑盒可以為添加物配備額外的口或隔室，所述添加物例如是固體或溶液。該試劑盒可以配備隔膜以注入附加成分，從而允許進行后處理，例如用于將配體附著到造影劑顆粒的反應，配體例如是抗體、抗體片段或肽。
該試劑盒可以作為單個使用物品提供，其含有所有的化學藥品和用于形成氣泡的作為一次性藥筒的裝置，或者該試劑盒可以與用于從外部控制在氣體和/或液體上施加壓力的設備以及用于使液體以期望速度循環的泵相結合。
本發明能夠提供具有改進的物理和化學性質的造影劑，所述改進的物理和化學性質例如是改進的粒度分布、明確的外殼性質以及改進的生物降解性，因為噬菌作用取決于尺寸和表面性質。盡管作為正常造影劑的應用并不需要很多努力，但是本發明允許應用在需要具有窄粒度分布(例如單分散和明確的外殼彈性)的指定顆粒的分子成像和藥物釋放中。
圖1示出根據本發明實施例的試劑盒；圖2示出根據本發明實施例的另一種試劑盒；圖3示出根據本發明實施例的設備的總布置圖。
參照特定實施例并參照某些附圖來描述本發明，但是本發明并不僅限于此，其只由權利要求限定。所繪制的附圖僅僅是示意性的而非限制性的。在附圖中，可能放大了一些元件的尺寸，并且出于圖解說明的目的而沒有按照比例進行繪制。在本說明書和權利要求中，所用的術語“包括”不排除還存在其他元件或步驟。除非特別指出，否則在提到單數名詞時所用的不定冠詞或定冠詞，例如“一個”或“一種”、“該”都包括多個該名詞。
不應當將權利要求中使用的術語“包括”理解為僅限制于在該術語之后列出的裝置，其不排除還有其他元件或步驟。因此，“一種設備，包括裝置A和裝置B”的范圍不應當限制于僅由部件A和B組成的設備。就本發明而言，其意味著，僅僅與該設備相關的部件是A和B。
而且，說明書和權利要求中的術語第一、第二、第三等用于區分類似的元件，而不一定是用于描述連續順序或時間順序。應當理解，這樣使用的術語在適當的情況下是可互換的并且此處描述的本發明的實施例能夠按照不同于這里描述或說明的順序進行工作。
此外，說明書和權利要求中的術語頂部、底部、之上、之下等是用于說明的目的而不一定是用于描述相對位置。應當理解，這樣使用的術語在適當的情況下是可互換的并且此處描述的本發明的實施例能夠按照不同于這里描述或說明的方位進行工作。
本發明提供一種通過迫使氣體通過一個或多個噴嘴或微孔，例如通過噴嘴或微孔的陣列進入液體而在該液體中形成囊的分散體的方法，所述囊的尺寸適合于對超聲或其他診斷工具作出響應。在本發明的實施例中，直接形成氣泡，一種類型的顆粒有時稱為充氣的脂質體，盡管脂質體通常將水而不是油或氣體密封在其中。本發明包括微泡或微球的使用和生產。
用于生成充氣的泡的噴嘴或微孔的直徑通常基本上是一致的，優選如此設置氣體的壓力和液體流經噴嘴或微孔的流率，使得噴嘴或微孔開口處的剪切力或對流促使氣泡作為基本上單分散的泡懸浮在液體中。然后，利用溶液中存在的兩親性分子使這些泡穩定，從而避免凝固。一種形成微孔的方法是利用干或濕蝕刻。非常規則的微孔的陣列在例如剛性基板等基板中形成，或者在任何其他適合的基板中形成，所述剛性基板例如是半導體基板，如單晶硅或絕緣體上硅晶片，所述適合的基板例如是塑料、玻璃、石英或諸如銅等金屬。這些微孔也可以由任何其他適合的技術來制成。
在任何適合的基板中，例如在單晶硅或絕緣體上硅晶片或玻璃或金屬基板中，微孔的直徑優選為5微米，或者優選更小，間距為10-20微米，而深度為10至25微米以上。可以使用核孔膜，例如200nm的微孔直徑非常適合于此。
窄微孔用作微細通道，可以擠壓氣體通過該通道。該氣體在后部進入并在前部離開，在前部，該氣體流入到液體中。流體流經微孔的出口孔，即平行于微孔開口的平面流動。由于液體和氣體的組合的特定剪切力特性，因此正在流出的氣體作為高單分散液滴而懸浮著。這種高單分散液滴可以直接用作超聲成像的造影劑或有效地轉變為超聲成像的造影劑。可以進一步調整這些微孔陣列的維度和形狀以適應顆粒的尺寸。也可以完全地或局部地涂敷這些微孔陣列，以便改變微孔或微孔出口及其周圍的潤濕性質，從而進一步適應顆粒的尺寸和形狀。
可以對高單分散的泡做進一步地處理以產生具有外殼的微泡，例如具有聚合物或磷脂的外殼。
所形成的氣泡必須被穩定，在泡的形成過程中及形成后，兩親性分子的吸收必須存在以避免凝固，其中分子具有親水和疏水部分。由于外殼形成材料能夠以脂質體或泡狀體(vesicle)的形式存在，因此該過程相當慢。所以，優選使泡緩慢增長，這可以與高溫的使用相結合以增大氣體液體界面處的吸附動力。適合的溫度是37℃，如果在該溫度形成，那么泡在注入時將不會明顯地膨脹。
可以使用微通道來形成小氣泡，例如全氟化碳氣體的小氣泡，如果引導這些泡通過含有磷脂的溶液，則將例如生成充氣的脂質體或者微泡，并可以將其用作超聲造影劑。這可以助于在通過分子成像和靶向治療的早期疾病診斷中具有新的選擇。
該液體含有外殼材料，并且如果合成了載有藥物的試劑，那么該藥物也將被包含在其中。液體優選是含有脂類的水溶液，脂類例如是磷脂和膽固醇。這些脂類將在該水溶液中形成脂質體或泡狀體。通過使通過該溶液的氣體起泡，氣體將被收集在脂質體或泡狀體中，產生造影劑。可以加入親水或油溶性藥物。在這種情況下，液體包含密封一定量的油的泡狀體或脂質體，疏水藥物溶解在其中。適合的藥物是抗癌藥物，如paclitaxel和deoxyrubicin。可以使用可選的外殼材料聚合物。例如，嵌段共聚物是非常適合的。它們形成微團或其他自締合(self-associated)結構，其中疏水性內部可以充滿氣體。對于親水相來講，嵌段聚環氧乙烷是優選的實體，因為其影響生物分布是公知的。同樣在這些締合膠體中，可以加入油溶性藥物。最后，可以使用被制成為部分疏水的多肽，例如所提到的部分變性的人血清白蛋白。期望的是，向該液體施加附加力以快速穩定具有一層外殼形成材料的泡。
根據本發明實施例制造規則的注入微孔陣列的方法使用諸如硅等基板，在該基板中形成具有特殊形狀的典型直徑為幾微米的精細微孔的陣列，所述形狀例如是圓柱形、三角形、正方形、矩形、六角形。這些形狀可以促進泡的脫離。可以使用各向異性蝕刻技術，如RIE蝕刻，以便在常規的Si(100)晶片中蝕刻幾十微米的深度。然后通過利用KOH的濕蝕刻對晶片的大部分進行蝕刻，其中沿著Si-(111)結晶面的典型形狀自動地作為氣體的錐形入口50。可以將最后得到的多孔Si晶片或晶片部分涂敷特殊層40，例如氧化物、氮化物等，從而使精細微孔壁進一步平滑。可以通過將多孔的Si晶片粘合到具有大孔口的堅固材料的支撐物上來進一步在機械上加強晶片后部，所述大孔口對應于Si晶片的錐形入口。微孔的孔口可以突出到基板表面以外。利用這種方式，液滴產生在液體的對流增大的區域中，同時只要突起與液流的總通道高度相比很小那么剪切力就仍然處于相同的數量級。
在本發明的一個方面中，提供了一種用于生成顆粒的單元，該單元可以應用在用于生成囊形式的造影劑的試劑盒中，該單元具有孔隙率被良好控制的隔離物，以分開氣體隔室和液體隔室。該試劑盒可以包括用于氣體的第一源和用于液體的第二源。所有實施例都可以包括收集存貯器、注入口、溫度控制。
液體優選含有囊的外殼材料的前體。該隔離物可以是任何適合的多微孔膜，如Shirasu多孔玻璃(SPG)膜或多微孔氧化鋁膜，或者可以包括諸如半導體等材料，或者含有微通道的任何其他可蝕刻材料，例如硅，或者其可以包括一束毛細管，例如以陣列排列的空心針。可選地，可以使用多微孔聚合物膜，如核孔過濾器。圖1中示意性示出的單元在使用中至少含有液體(1)和氣體(2)，并且該單元設置有如上所述的隔離物。該單元可以還配備有用于促進平行于該膜流動的裝置。該流動優選是界限分明的。利用該流動，一旦附著于該隔離物的氣泡達到臨界尺寸，就將該氣泡排出，這導致氣泡具有良好的一致性。在液體(1)中，可以使用存在的外殼形成材料，例如磷脂，聚合物和/或蛋白質來使這些氣泡穩定。微孔尺寸和形狀、存在的外殼形成材料的濃度、外加壓力和平行于多孔結構的液體速度決定獲得的顆粒尺寸。
該試劑盒可以為添加物配備額外的隔室，所述添加物例如是固體或溶液。該試劑盒可以為附加成分的注入而配備隔膜，以允許進行后處理，例如用于附著配體的反應，配體例如是抗體、抗體片段或肽。
該試劑盒可以作為單個使用物品提供，或者作為與設備和泵結合的藥筒提供，其中該設備用于控制施加在氣體和/或液體上的壓力，而該泵用于使液體以期望的速度循環。
以每次注射大約108至109個顆粒的濃度，將超聲造影劑注射到病人體內。所希望的注射體積例如是1ml。假定注射109個、顆粒直徑為4微米的超聲造影劑的顆粒，那么這意味著必須加入30微升的總氣體體積，這相當于體積的3％。根照本發明的試劑盒優選構成為允許百分之幾的體積變化。這可以通過使用柔性管或者可變形膜來實現，例如具有玻璃轉化溫度低的交聯聚合物的柔性管或者可變形膜。優選的聚合物是聚烯烴和聚氨酯。
本發明的實施例利用輪廓分明的微孔或噴嘴，其中氣體通過這些微孔或噴嘴與平行于隔離物表面的液體的液體流相結合。控制氣體的壓力可提供具有狹窄粒度分布的乳狀液。隔離物中的微孔或噴嘴的有效直徑小于將要形成的氣泡的尺寸。優選的直徑小于3微米，更有選小于2微米或者小于1微米。盡管需要輪廓分明的孔隙率，但是這些微孔不一定是圓柱形的。可以使用具有相當明顯的邊緣或高曲率的區域的形狀來調整液滴脫離過程，因為在這一點上將存在最高的拉普拉斯壓力。
為了更好地防止液體進入到氣體隔室中，優選對隔離物的氣體側進行疏水化，或者可選地，選擇疏水材料作為隔離物，或者可選地，將通道設計為在直徑上具有銳轉變(sharp transition)，這會導致液體的接觸線閉合(pinning)。為了有效，疏水化應當包括例如隔離物的氣體側處的微孔或噴嘴壁的最外面部分。該疏水層還防止液體在輸送和貯藏過程中進入氣體隔室中。可以使用許多材料來使諸如玻璃或硅等材料的表面疏水，例如可以從液相或汽相沉積有機硅烷。可以施加氟矽烷來增強疏水性。SF6/C4F8的化學性質也用在蝕刻過程的制備階段中，這還是形成疏水表面的一種極好的方法。液相和汽相沉積技術都能夠使復雜幾何形狀疏水化，因此可以對微孔壁疏水化。隔離物的液體側優選是親水的。這一側必須被遮住以防止表面改性反應，例如在反應過程中使用可拆卸的箔或者在該反應過程中部分浸入到液體中。同樣可以使與液體接觸的其他部分是親水的，如果暴露疏水部分，那么存在所形成的氣泡粘到這些部分的風險。Pegylated聚合物或pegylated脂類是減少附著到表面的極好材料。這些分子經常存在于超聲造影劑的形成中以調整生物分布(biodistribution)，并且具有這些材料的溶液的試劑盒的液體隔室的后處理，或者在壁上吸收可忽略分量的添加磷脂對于使隔室表面親水是有效的。
可以從外部對氣體隔室加壓，擠壓氣體通過微孔會導致液體的體積發生變化，現在該液體也含有氣體。通過使用諸如風箱等體積自適應裝置可以實現體積變化。將存貯器中存在的所有氣體都包括在液相中是不太實際的，但是在預定數量的時間內施加規定的壓力是實際的。
該試劑盒還可以具有至少一個注入口，通過該注入口可以添加附加成分。該試劑盒還可以具有另一個口(或使用該注入口)，通過該口可以提取產生的具有造影劑的液體。
作為附加選擇，該試劑盒可以包括用于收集生產的造影劑的存貯器。這種收集可以根據造影劑和懸浮液之間存在密度差的原理來進行。在薄的單元中，造影劑將快速出現在頂層中。通過打開閥，可以收集該造影劑。
實施例1在第一實施例中，可以將該試劑盒構成為不具有外部泵而是只需要提供外部壓力。圖1示意性地示出了該實施例。包含氣體的空間或隔室位于該試劑盒的底部或下面。這是優選的，因為產生的微泡將會漂浮，并且因為它們將不會干擾仍然附著于隔離物的那些泡，因為這些附著于隔離物的泡還沒有達到其臨界尺寸。上述表面改性將使氣體可以保持在底部。氣體隔室的壁或一部分壁由不透氣的可變形膜來形成。這些在液體隔室和氣體隔室上的柔性膜如曲面所示，其允許施加外部壓力。
通過在該膜上施加氣體壓力，并且將該壓力保持在氣泡的成核所確定的臨界值之上，可以形成氣泡，其中所述氣泡的成核由拉普拉斯壓力確定。
液體隔室具有至少兩個配備有柔性膜的部分。這些部分由微通道分開，其中該膜構成通道壁的一部分。通過在這兩個部分之間施加壓力差，可以形成液體的輪廓分明的流動。優選的是，在隔離物和相對的壁之間存在恒定的間隙。通過向其中一個膜施加壓力，迫使液體從位于隔離物一側的液體隔室的一個部分流到位于通道另一側的所述隔室的另一部分，通過具有隔離物的狹縫。為了控制該流動，對壓力或者行程進行控制。在通過具有隔離物的狹縫中，可以排出氣泡。如果需要，可以通過使壓力梯度反向，例如通過在液體隔室的另一側上施加壓力來迫使液體不止一次通過該狹縫。可以重復這些步驟，直到該造影劑準備好以供使用。該試劑盒可以與施加和測量所需壓力的設備結合使用。
實施例2在第二實施例中，氣體不僅存在于氣體隔室中，而且氣體還可以從外部供應，優選包括在還控制流體流動的設備中。與實施例1相比，其優點在于，對整個試劑盒的關于氣體的滲透性有不太嚴格的要求。缺點在于儀器必須提供更加復雜的界面。將關閉的試劑盒放置在一個設備中，其具有用氣體沖洗的指定體積。隨后，將該試劑盒打開，并且通過可控的壓力使氣體排出通過微孔陣列。優選的是，相同的設備負責沿該隔離物的液體流動。
實施例3在第三實施例中，液體沒有被從一側擠壓到另一側，而是使用外部泵送設備進行循環。在該實施例中，聚合物膜不是必需的，例如柔性管就足夠了。由于總的體積變化大約是3％，因此柔性管允許體積變化。這在圖2中示意性地示出。
實施例4
圖3是根照本發明另一實施例的用于產生氣泡的設備的示意圖。用附圖標記1來示出氣體源。通過泵(未示出)將源1中的氣體供給頭部3，該頭部包括噴嘴或微孔8并且位于容器9中。本發明包括每個噴嘴或每組噴嘴都具有獨立的氣體源，并且對每個噴嘴或每組噴嘴分別進行控制。可選地，所有微孔或噴嘴由單個源來供應，并且由單個控制器控制。控制器2控制氣體的流動參數，該控制器2可以是壓力控制器。控制器2可以是閉環控制器，其接收來自氣體回路中的壓力傳感器(未示出)的輸入，并且例如通過控制泵或閥來控制氣體的流量，從而計量以正確的壓力/流量到達頭3的氣體。在源5中提供液體，并借助于重力或經由泵(未示出)將其供給容器9的另一輸入。液體的供給產生了流經噴嘴8的前端的液體流動。液體的流量由控制器6來控制。控制器6可以是閉環控制器，其接收來自液體回路中的流量傳感器(未示出)的輸入，并例如通過控制泵或閥來控制液體的流量，從而計量以正確壓力/流量到達容器9的液體。顆粒被收集在室7中。例如通過尺寸過大的篩網S1和/或尺寸過小的篩網S2可以進一步篩分顆粒，S1阻止過大的顆粒，S2從系統中去掉太小的顆粒。代替篩網S1和S2，可以使用基于顆粒密度的任何其他的分級分離法。另一種分級分離法利用了飄浮速度取決于顆粒尺寸的事實。
噴嘴8可以是本發明實施例中所述的任何噴嘴。噴嘴或微孔具有基本上一致的直徑，并且控制器控制氣體的流動參數和液體流經這些噴嘴或微孔的流率，使得噴嘴或微孔處的剪切力促使氣體作為基本上單分散的氣泡懸浮在液體中。
氣體到噴嘴的流動可以是連續的，或者可以通過機械或機電脈沖來確定。該脈沖不需要足以生成自由浮動的泡。由于液體流過噴嘴的開口，因此已經通過較小脈沖形成凸彎月面的氣體在如果不存在液體流動而該彎月面沒有達到使泡自由脫離的足夠尺寸時可以通過液體的流動而將其拖離出來。本發明還包括控制連續流動的氣體以生成泡。在這種情況下，由于液體流過噴嘴的開口，因此已經通過恒定流動形成凸彎月面的氣體在如果不存在液體的流動而該彎月面沒有達到使液滴自由脫離的足夠尺寸時可以通過液體的流動而將其拖離出來。
在收集隔室中，可以基于重力來進行造影劑和液體的分離。位于該隔室底部的純液體可以朝著入口隔室的方向而進行再循環，并且將被泵送再次通過通道。利用這種方式，所有的液體都將有效地載有造影劑。
可以修改圖3的設備從而能夠使液體不止一次通過多孔表面因為可以獨立地改變液體在膜上通過的次數，因此能夠收集更多的氣泡。例如，可以提供旁路12，其允許連續相，即液體不止一次通過多孔表面。可以通過單向流動設備16和閥14來控制流動，其中閥14可以由控制器6來控制，或者可以被單獨控制。
根據本發明的微泡的應用包括超聲造影劑，特別是靶向超聲造影劑。各種超聲應用可以得益于依照本發明制備的具有明確粒度分布和一致外殼性質的造影劑的較好聲學特性。單分散超聲造影劑具有許多優點。由于諧振峰與多分散試劑相比更清晰(distinct)，因此提高了與組織的對比度。如果使用兩種明顯不同尺寸的單分散造影劑的混合物那么可以進一步發揮這一優點兩個諧振峰的存在證明正在觀看造影劑。利用超聲造影的壓力性能的測量將變為可能泡的共振頻率是Minnaert頻率所給出的合適近似脂。由下式給出共振頻率，單位為rad/s(弧度/秒)ω0=1R3pρ...(1)]]>在式中，p是壓力，R是泡的半徑，而ρ是流體密度。對于絕熱的情況，分子中的3必須由3γ來代替，其中γ是多變氣體系數(例如，對于空氣是1.4)。在大氣條件下，對于水中半徑為2μm的氣泡，ω0＝8.7·106弧度/秒，即1.37MHz。
再次使用兩個截然不同尺寸的混合物將提高壓力測量的質量。
對于靶向造影劑來說，緊密的粒度分布能夠辨別出粘附和非粘附造影劑。對于具有寬粒度分布的造影劑，已經由Dayton等人在Molecular Imaging vol 3 no 2，2004年4月，125-134頁中示出。他們研究了指向αvβ3整合素的造影劑的累積，并觀察了回波波譜朝較小頻率的移動用以粘附造影劑。Scott在J.F.Scott的“Singular perturbationtheory applied to the collective oscillation of gas bubbles in a liquid”，J.Fluid Mech.113，487-511(1981)中預測到了Dayton等人觀察的在方向上的移動。這一理論基于勢流計算但也能完全合理地外推到較小的泡。公開的函數描述了接近壁的共振頻率減小，或者對于兩個同樣尺寸氣泡的類似情況。當氣泡接觸壁時，測定的共振頻率為0.83ω0。對于高表面覆蓋度來講，希望額外降低，Duineveld，J.Acoust.Soc.Am.99，622-624，1996用實驗方法證明了兩個相等尺寸氣泡的共振頻率減小的效果。如果使用單分散的靶向造影劑，那么期望結合和非結合造影劑之間的區別與Dayton等人的結果相比變得更加明顯。使用單分散造影劑可以更加定量地研究該移動并且更加可能地提取臨床相關信息。在這種情況下，可以采用明顯截然不同尺寸的混合物來對準不同標志，例如VEGF和αvβ3整合素。
對于藥物輸送來說，利用所提出的制備方法較好地控制粒度分布的優點在于同樣良好地控制了所結合的藥物量。因此可以量化藥物釋放。根據試劑的均勻的外殼性質，與利用多分散樣品相比，通過空化的釋放同樣在更好控制下。
按照上述方式制成的輪廓分明的超聲造影劑可以獲得優良的圖像，甚至對于非常小的血管。而且，本發明可以提供在超聲成像、特別是靶向超聲成像以及治療、特別是靶向和定位治療中的應用。這兩個應用都依靠輪廓分明的氣泡的可用性。作為靶向超聲成像的例子，本發明可用于血管中如易損的動脈粥樣斑的特定病理學，該易損的動脈粥樣斑在急性心血管疾病中起主要作用。超聲輔助的局部藥物輸送是第二且非常重要的應用，其能夠通過已提出的顆粒制造方法來實現。依照該實施例，可以將依照本發明制造的微泡與藥物一起裝入。
權利要求
1.一種通過迫使氣體通過一個或多個微孔或噴嘴進入液體而在該液體中形成氣泡的方法，所述氣泡的基本一致的尺寸適合于對超聲或其他診斷工具作出響應，該噴嘴或微孔具有基本上一致的直徑，控制該氣體的流動，從而促使在該液體中形成基本上單分散的氣泡。
2.根據權利要求1所述的方法，其中該液體流經所述噴嘴或微孔，并且控制所述液體的剪切流動，以輔助在所述液體中形成所述基本上單分散的氣泡。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中所述微孔或噴嘴位于氧化鋁、硅、Shiraus多孔玻璃或聚合物膜中。
4.根據前面任一項權利要求所述的方法，其中所述微孔或噴嘴的直徑小于5微米。
5.根據權利要求3和4所述的方法，進一步包括位于所述多孔膜的所述氣體輸入側上的疏水面。
6.根據前面任一項權利要求所述的方法，所述液體包括兩親性分子。
7.根據權利要求6所述的方法，所述兩親性分子是脂類和/或可生物降解的嵌段共聚物。
8.一種在液體中形成氣泡的懸浮液的設備，所述氣泡的尺寸適合于對超聲或其他診斷工具作出響應，該設備包括用于迫使氣體通過噴嘴或微孔的陣列進入所述液體中的裝置，所述噴嘴或微孔具有基本上一致的直徑，以及用于控制所述氣體的流動參數從而使所述氣體作為基本上單分散的氣泡懸浮在所述液體中的第一裝置。
9.一種包括用于氣體和液體的隔室的試劑盒，其由可控孔隙率的材料來分開，通過其可以擠壓所述氣體進入所述液體中，以產生適用于超聲用途的尺寸基本上一致的氣泡的分散體。
10.如權利要求9所述的試劑盒，通過施加外部壓力將受控氣體流作用于該試劑盒。
11.如權利要求9所述的試劑盒，通過外部壓力或泵將受控液體流作用于該試劑盒。
12.如權利要求9-11中任一項所述的試劑盒，具有柔性的聚合物膜(用于施加壓力)。
13.如權利要求9-11中任一項所述的試劑盒，其具有柔性管，用于通過將所述氣體壓入所述液體中而允許體積變化。
14.如權利要求9-11中任一項所述的試劑盒，其具有注入口以添加附加成分或提取氣泡的所述分散體。
15.如權利要求9-11中任一項的所述試劑盒，其具有收集存貯器。
16.如權利要求9-11中的具有收集存貯器的所述試劑盒，其如此取向，使得根據密度來進行分離。
17.如權利要求9-16中任一項所述的試劑盒，所述試劑盒是能夠插入在提供外部壓力、泵送所述液體并且可以供應所述氣體的臺式設備中的藥筒。
全文摘要
公開了一種在液體中形成氣泡的方法，該氣泡的基本一致的尺寸適合于對超聲或其他診斷工具作出響應。迫使氣體(P2)通過一個或多個微孔或噴嘴而進入液體(P1)中，該噴嘴或微孔具有基本一致的直徑，控制氣體的流動，從而促使在該液體中形成基本上單分散的氣泡。此外，公開了一種在液體中形成氣泡的懸浮液的設備，該氣泡的尺寸適合于對超聲或其他診斷工具作出響應。所述設備包括用于迫使氣體通過微孔或噴嘴的陣列而進入液體的裝置，該噴嘴或微孔具有基本一致的直徑；和用于控制氣體的流動參數從而使氣體作為基本上單分散的氣泡懸浮在該液體中的第一裝置。而且，公開了一種用于制備氣泡的分散體的試劑盒，該氣泡的基本一致的尺寸適合于超聲用途。
文檔編號B01F5/04GK101048224SQ200580037123
公開日2007年10月3日 申請日期2005年10月25日 優先權日2004年10月29日
發明者馬塞爾·R.·博默, 賴因霍爾德·溫貝格爾-弗里德爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司