一种可生物降解的T1-MRI纳米造影剂及其制备方法

一种可生物降解的t1-mri纳米造影剂及其制备方法
技术领域
1.本发明属于分子影像技术领域，具体是指一种可生物降解的t1-mri纳米造影剂及其制备方法。


背景技术：

2.由于极高的发病率和致死率，肿瘤仍然是当今威胁人类生命安全的严重恶性疾病。通过分子影像学对肿瘤进行早期诊断是提高肿瘤治愈率的关键性因素。目前广泛应用于肿瘤的医学影像技术有ct成像技术、mri成像技术、nir荧光成像技术、pa成像技术等。其中，磁共振成像是基于核磁共振原理，根据生物体的不同组织在外加磁场作用下产生不同能量的电磁波信号，进而绘制生物体的结构图像。这种成像技术具有高穿透深度、高分辨率、无电离辐射损伤、可实现多参数成像、对软组织有很好的分辨力等优点，因而已经普遍应用于肿瘤诊断。mri造影剂通常分为铁基造影剂、钆基造影剂以及锰基造影剂。目前广泛应用于临床的离子型造影剂是gd-dtpa，另外还有非离子型造影剂gd-dtpa-bma、gd-hp-do3a。但是这些造影剂都不能完全避免生物毒性的问题，因此探索可生物降解的纳米造影剂成为目前该领域内研究的重点问题。在众多种类的磁共振造影剂中，锰基磁共振造影剂获得了越来越多的关注。虽然mn2 只有5个未配对的电子，它仍然被认为是具有高弛豫率的造影剂，一般会在mri成像过程中充当t1造影剂。另外，研究表明，mn2 是支撑生物体的生理活动的基础元素之一，因此相对于gd3 ,锰基造影剂具有更高的生物相容性，更有利于其向临床应用的转换。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于锰基上转换纳米晶kmnf3:yb,er和可生物降解的金属有机框架zif-8的复合材料的制备方法，并将其应用于肿瘤区域的磁共振成像，利用金属有机框架zif-8在中性环境下稳定，而在酸性条件下逐渐分解的特点，将锰基上转换纳米颗粒负载到zif-8颗粒内部，一方面实现了上转换纳米晶kmnf3:yb,er从疏水性到亲水性的转变，另一方面减慢了小尺寸kmnf3:yb,er纳米晶的清除速率；而在到达肿瘤微酸性区域后，外层zif-8结构逐渐解体，mn2 随之释放，进而实现了磁共振信号的增强。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明所涉及的基于镧系元素掺杂上转换纳米晶kmnf3:yb,er和可生物降解的金属有机框架zif-8的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
5.(1)稀土掺杂上转换纳米晶-kmnf3:yb,er的制备：
6.step1:将乙酸锰(c4h14o8mn)，乙酸镱(c18h35o22yb)，乙酸铒(c6h17 o10er)溶解在油酸(oleic acid)、油胺(oleylamine)、十八烯(1-octadecene)的混合溶液中，搅拌使其混合均匀；
7.step2:将混合溶液加热至120-150℃，在氮气气氛保护下反应30min，使其中的金
属盐完全溶解，形成澄清透明的浅黄色溶液；
8.step3:冷却至室温，向三颈烧瓶中逐滴加入koh和nh4f的甲醇溶液，搅拌使其在常温条件下反应1h；
9.step4：将混合溶液加热至40-60℃，保温40min以除掉反应体系中的甲醇；
10.step5：甲醇除净后，在氮气气氛保护下将溶液加热至260-290℃，冷凝回流反应1h，停止加热，自然冷却至室温；
11.step6：向所得产物中加入约20ml乙醇，使纳米晶析出，以9000r/min离心分离，用环己烷和乙醇洗涤三次，最后将得到的单分散上转换纳米晶分散在4ml环己烷中保存。
12.(2)利用聚乙二醇(peg,mw＝2000)对kmnf3:yb,er纳米颗粒进行表面修饰：
13.step1：称取适量peg溶解在三氯甲烷(chcl3)中；
14.step2：另取kmnf3:yb,er的环己烷溶液，经乙醇离心后同样分散在三氯甲烷中；
15.step3：混合上述溶液，室温搅拌挥发溶剂；
16.step4：蒸干溶剂后，加入适量甲醇溶液，以10000r/min离心10min；step5：将所得kmnf3:yb,er@peg纳米颗粒重新分散在10ml甲醇溶液中；
17.(3)kmnf3:yb,er@zif-8核壳材料的构建：
18.step1：称取适量硝酸锌和二甲基咪唑，溶解于5ml甲醇溶液；
19.step2：将硝酸锌溶液与kmnf3:yb,er@peg甲醇溶液混合，室温下搅拌30min；
20.step3：将二甲基咪唑溶液逐滴加入上述混合液，所得混合液在室温条件下静置反应2h；
21.step4：将混合液以9000r/min用甲醇离心清洗3次；
22.进一步地，在步骤(1)中，乙酸锰用量为0.1681g，乙酸镱用量为0.0549g，乙酸铒用量为0.0086g；所述混合溶剂为5ml油酸、5ml油胺、10ml十八烯；所用koh为2m，用量为2ml，所用nh4f为0.5m，5ml。
23.进一步地，在步骤(2)中，peg的用量为100mg，溶解于20ml的三氯甲烷，kmnf3:yb,er溶液的用量为500ul，分散在5ml的三氯甲烷溶液中。
24.进一步地，在步骤(2)中kmnf3:yb,er纳米颗粒与peg之间是通过表面活性剂与粒子表面烷基链的疏水相互作用力进行结合的。
25.进一步地，在步骤(3)中，所用硝酸锌的用量为0.0836g，二甲基咪唑的用量为0.1935g。
26.本发明采取上述结构取得有益效果如下：
27.(1)本发明所构建的复合纳米造影剂在肿瘤微酸性条件下能快速降解，大大降低了生物毒性，同时mn2 释放显著增强了磁共振成像效果；
28.(2)本发明具有通用性，通过替换不同金属基质的上转换纳米晶，可以推广到更多高灵敏度的成像手段。
附图说明
29.图1为本发明提供的稀土掺杂上转换纳米晶的低分辩透射电镜图；
30.图2为本发明提供的可生物降解的纳米造影剂的低分辩透射电镜图；
31.图3为本发明提供的可生物降解的纳米造影剂在微酸性条件下逐渐降解的低分辩
透射电镜图；
32.图4为本发明提供的可生物降解的纳米造影剂的元素分布图；
33.图5为本发明提供的酸性条件下纳米造影剂的磁共振成像效果图。
具体实施方式
34.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。以下结合附图，对本发明做进一步详细说明。
36.实例1：上转换纳米材料kmnf3:yb,er的制备
37.将乙酸锰(0.1681g)，乙酸镱(0.0549g)，乙酸铒(0.0086g)加入到100ml的三颈烧瓶中，加入5ml油酸、5ml油胺和10ml十八烯，搅拌使其混合均匀。将混合溶液加热至120-150℃，在氮气气氛保护下反应30min，使其中的金属盐完全溶解，形成澄清透明的浅黄色溶液，然后冷却至室温，逐滴加入2mlkoh的甲醇溶液和5mlnh4f的甲醇溶液，搅拌使其在常温条件下反应1h，将混合溶液升温至50℃，保温40min以除掉反应体系中的甲醇，在氮气气氛保护下将溶液升温至260-290℃，反应1h，然后自然冷却至室温。向所得产物中加入约20ml乙醇，使纳米晶析出，离心分离，用环己烷和乙醇洗涤三次，最后将得到的单分散上转换纳米晶分散在4ml环己烷中保存。
38.实例2：可降解复合纳米造影剂的制备：
39.称取硝酸锌(0.0836g)和二甲基咪唑(0.1935g)，分别加入5ml甲醇溶液溶解。将硝酸锌溶液与kmnf3:yb,er@peg甲醇溶液混合，室温下搅拌30min。然后将二甲基咪唑溶液逐滴加入，可观察到白色浊液的产生，说明zif-8的形成。将所得混合液在室温条件下静置反应2h，然后9000r/min用甲醇离心清洗3次。
40.我们对各实施例的产物进行了一些相关测试，具体如下：
41.图1为本发明提供的稀土掺杂上转换纳米晶的低分辩透射电镜图。
42.由图1结果可知，所得kmnf3:yb,er上转换纳米颗粒分散性良好、形貌均一，呈规则的立方体形、尺寸分布均匀，平均粒径为5.62nm。
43.图2为本发明提供的可生物降解的纳米造影剂的低分辩透射电镜图。
44.由图2结果可知，得到的kmnf3:yb,er@zif-8复合纳米结构分散性良好、形貌规则，呈均匀的十二面体结构，平均粒径在55.43nm。
45.图3为本发明提供的可生物降解的纳米造影剂在微酸性条件下浸泡6h后的低分辩透射电镜图。
46.由图3结果可知在ph＝5.5的微酸性条件下，kmnf3:yb,er@zif-8复合颗粒的外部结构完全被溶解，剩余不规则的颗粒碎片，随酸处理时间延长，颗粒最终完全分解。
47.图4为本发明提供的可生物降解的纳米造影剂的元素分布图。
48.由图4结果可知，kmnf3:yb,er@zif-8复合结构中，锰元素与锌元素的分布基本可以重合，说明zif-8壳层成功已经成功包覆到kmnf3:yb,er核层上，形成核壳结构的复合颗粒。
49.图5为本发明提供的酸性条件下纳米造影剂的磁共振成像效果图。
50.图5为在1t mri扫描仪上获取了的t1加权图像。随着时间的推移，t1加权信号亮度逐渐增加，表明相应的t1弛豫率逐渐增大。综合上述实验情况，这些数据表明温和的酸性环境会导致kmnf3:yb,er@zif-8复合材料解体，进而导致mn2 从核层逐渐释放到外部溶液中，实现mri成像效果的增强。
51.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。