一種新型三模式造影劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于納米生物醫藥領域，具體涉及一種集增強超聲、核磁和CT三種成像效果于一體的三模式造影劑及其制備方法以及正電荷表面改性。
【背景技術】
[0002]癌癥是嚴重威脅人類健康的重大疾病，早期診斷和早期干預是癌癥患者獲得長期生存和改善預后的唯一機會，特別是早期診斷已成為當今研究發展的方向和熱點。分子顯像是近年來生物醫學領域中快速興起的一種非侵入性顯像模式，是指利用分子顯像劑靶向生物體內特定的受體或配體，在體外檢測活體內部分子水平的生物學變化。然而，在目前眾多的分子顯像方法，如核磁、超聲、CT、PET、光聲中任何一個單一成像方法都無法有效地反映出病灶的全部信息(Accounts Chem.Res.2008, 41, 1630-1640 ；Chem SocRev.2012，41，2656-2672)。為獲取更為全面的病灶信息，現在通用的方法就是多種成像方法的聯合使用，為此需要設計出多種造影劑。而不同造影劑疊加使用往往造成極大的毒性風險，因此將多種成像造影劑整合到一體將具有重大的應用前景，目前這一研究方向正成為材料、化學和生物醫學研究領域的研究熱點。
[0003]超聲、核磁、CT這三種成像方式是目前臨床中應用最為廣泛的分子影像診斷手段，他們分別擁有各自的優點，如超聲可實時動態成像，時間分辨率好，但是靈敏度和分辨率差，核磁靈敏度和空間分辨率大，可實現病理分析，但時間分辨率差，不能動態、實時成像；CT成像時間和空間分辨率都比較大，但是靈敏度差。因此這三種成像手段的結合可以實現優勢互補、缺點彌合，實現腫瘤的早期、高效診斷。但目前關于這三種成像手段的結合以及相應一體化造影劑的制備尚無研究報道，存在的僅是兩兩結合，如超聲與核磁(Adv FunctMater 2011，21，2548-2555)、核磁與 CT (B1materials 2013，34，3390-3401)。因此，為實現癌癥早期、高效、精確診斷，開發出生物安全性好，可實現增強超聲造影、核磁成像和CT成像三種功能于一體的三模式造影劑成具有重要理論現實意義和應用價值。我們前期制備出尺寸可調的氨基功能化的中空介孔氧化硅，同時進一步與氯金酸反應制得以金為內核的異質rattle型結構，并且內核尺寸可調(CN102530969A)，但是該研究報道未進行超聲和CT成像研究，同時也無增強MR成像的功能。
【發明內容】
[0004]為實現腫瘤高效、安全、精確診斷，本發明的目的在于提供一種可分別增強超聲、核磁、CT成像功能于一體的三模式造影劑及其制備工藝。
[0005]在此，一方面，本發明提供一種超聲/核磁/CT三模式造影劑，所述造影劑包括:中空介孔氧化娃外殼、位于中空所述介孔氧化娃外殼的空腔中的作為內核的第一金納米顆粒、以及均勻分散于所述中空介孔氧化硅外殼的殼層中的第二金納米顆粒和MnO納米顆粒。
[0006]本發明提供的三模式造影劑通過組分優化設計制得，其組分包括氧化硅、金納米顆粒和MnO納米顆粒三種生物安全性好的無機組分。
[0007]本發明提供的三模式造影劑通過組結構設計制得，其中中空介孔氧化硅納米顆粒和內核大的金納米顆粒構成的異質rattle結構可發生單顆粒中雙散射，均勻分散于殼層中的Au納米顆粒和MnO納米顆粒可增強非線性散射，兩者用于進一步增強超聲成像；此外，均勻分散的MnO納米顆粒提高了與水分子接觸的幾率和面積可顯著提高MR成像，金納米顆粒構成的“核-衛星”結構可顯著增強X射線吸收效率，提高CT造影效果。
[0008]較佳地，所述中空介孔氧化娃外殼的外徑為350?450nm，內徑為200?300nm，介孔孔徑為25?35nm。
[0009]較佳地，所述第一金納米顆粒的粒徑為40?60nm，所述第二金納米顆粒的粒徑為2?8nm，所述MnO納米顆粒的粒徑為0.5?3nm。
[0010]較佳地，所述MnO納米顆粒是順磁性的。
[0011]較佳地，所述造影劑還包括修飾于所述中空介孔氧化硅外殼表面的聚乙烯亞胺。經過聚乙烯亞胺正電改性后，細胞吞噬量大大增加，可更多得被腫瘤細胞所攝取，可進一步提高三種成像模式的造影效果。
[0012]另一方面，本發明還提供上述三模式造影劑的制備方法，包括以下步驟:
A)將氨基功能化的中空介孔氧化硅納米顆粒分散于氯金酸溶液中進行水熱反應，以制得產物A，所述產物A具有在所述中空介孔氧化硅的空腔中產生作為內核的第一金納米顆粒，以及同時在所述中空介孔氧化硅的殼層中均勻分散的第二金納米顆粒；
B)將產物A分散于高錳酸鉀溶液中進行氧化還原反應，以進一步在產物A的中空介孔氧化硅的殼層中均勻分散錳氧化物，并在還原氣氛下還原，從而制得所述超聲/核磁/CT三模式造影劑。
[0013]本發明采用原位順序自還原法制備上述超聲/核磁/CT三模式造影劑，制備工藝簡單易行、無任何污染、產量高、成本低、效率高，重復性好，適用于工業化大規模生產。
[0014]較佳地，步驟A)中，氯金酸溶液的濃度為0.0125?0.05M，氯金酸與中空介孔氧化硅納米顆粒的質量比為1: (2?4)，水熱反應溫度為75?85°C，水熱反應時間為40?120分鐘。
[0015]較佳地，步驟B)中，高錳酸鉀溶液的濃度為1.5M以下，所述氧化還原反應的反應溫度為室溫?60°C，反應時間為I?24小時；還原氣氛為氫氣、或氫氣和氬氣的混合氣，還原氣氛下還原的反應溫度為600°C以上，反應時間為2小時以上。
[0016]較佳地，還包括步驟C)將所述超聲/核磁/CT三模式造影劑分散于聚乙烯亞胺溶液中，室溫攪拌吸附，制備出聚乙烯亞胺改性的超聲/核磁/CT三模式造影劑。
[0017]較佳地，步驟C)中，聚乙烯亞胺濃度為20mg/ml?2g/ml，分子量為650?12500。
[0018]本發明提供的三模式造影劑可同時實現多種疾病尤其是癌癥的多模式診斷，在醫學臨床應用中具有非常重要意義，臨床轉化潛力巨大。
【附圖說明】
[0019]圖1是實施例1中粒徑為約400nm的氨基功能化的中空介孔氧化硅納米材料透射電鏡圖；
圖2是實施例1中粒徑為約400nm的掃描電鏡圖； 圖3是實施例2中制備的以金為內核的異質rattle結構，AuiHMSN/Au透射電鏡圖；
圖4是實施例3-6中制備的不同溫度下負載Pd納米顆粒的透射電鏡圖，圖4a為實施例3制得HMSN-Pd-30透射電鏡圖，殼層中平均Pd納米顆粒尺寸5nm，圖4b為實施例4制得HMSN-Pd-50透射電鏡圖，殼層中平均Pd納米顆粒尺寸6.4nm，圖4c為實施例5制得HMSN-Pd-70透射電鏡圖，殼層中平均Pd納米顆粒尺寸3.2nm，圖4d為實施例6制得HMSN-Pd-90透射電鏡圖，殼層中平均Pd納米顆粒尺寸2.3nm，且Pd納米顆粒無團聚；
圖5是實施例7中得到三模式造影劑(Au@HMSN/Au/MnO)透射電鏡圖；
圖6是實施例7中得到的三模式造影劑(Au@HMSN/Au/MnO)能譜圖；
圖7是實施例7中得到的三模式造影劑(Au@HMSN/Au/MnO)的MH曲線；
圖8是實施例8中制備的HMSN/MnO透射電鏡圖；
圖 9 是實施例 1、2、7、8 中分別制得的 HMSN、Au@HMSN/Au、Au@HMSN/Au/MnO、HMSN/MnO 氮氣吸附脫附曲線；
圖 10 是實施例 1、2、7、8 中分別制得的 HMSN、AuiHMSN/Au^ Au@HMSN/Au/MnO、HMSN/MnO孔徑分布曲線；
圖11是實施例1、2、7中分別制得的HMSN、AuiHMSN/Au^ Au@HMSN/Au/MnO、的紫外可見吸收曲線；
圖 12 是實施例 1、2、7、9 中分別制得的 HMSN、A