新型微泡超声造影剂的制备及性能与应用的研究

摘要

超声诊断作为一种无创、低成本、实时的成像技术，是目前应用最为广泛的成像方法。然而，由于传统超声诊断技术的敏感性和分辨率都较低，限制了它的应用。微泡超声造影剂（Ultrasound Contrast Agent，UCA）因具有较强的回波反射性能，能够显著增强医学超声检测信号。在诊断方面，它能提高诊断的敏感性和特异性，在炎症显像、血栓显像以及癌症的早期诊断方面应用十分广泛。除了作为诊断药剂外，超声造影剂在分子影像、促进血栓溶解、基因转染和药物运输定位释放等多个领域都具有重要的研究和应用价值。本课题针对超声医学领域的需求，开发具有良好超声显影特性的新型微泡超声造影剂。
　　针对目前制备的微泡超声造影剂稳定性欠佳的问题，制备了聚电解质膜包覆的微泡超声造影剂。首先，采用声振空化的方法制备了表面带负电荷的ST68微泡。然后以该微泡为模板，以带相反电荷和具有良好生物相容性的聚电解质为包膜材料，采用静电层层自组装的方法成功制备了聚电解质膜包覆的微泡超声造影剂。得到的微泡分散性好，粒度分布均匀。体内外超声造影结果表明，制得的微泡超声造影剂仍能维持其良好的超声造影效果。在前面工作的基础上，进一步制备了泡壁含有磁性纳米粒子的磁性微泡。首先，采用多元醇法制备了表面带负电荷的磁性纳米粒子，而后采用层层自组装的方法，通过聚乙烯亚胺和磁性纳米粒子在微泡表面的交替沉积，制得了具有超声/磁场双重响应特性的微泡超声造影剂。制得的磁性微泡形态规整，粒度分布均匀，在磁场中具有良好的响应特性。组装磁性纳米粒子后微泡的形态和粒径较组装前没有发生明显变化。体内外超声造影结果表明磁性微泡具有良好的超声造影效果。此外，我们在体外成功地实现了超声监测下的磁靶向，为今后进一步研究可满足诊断和治疗双重作用的磁靶向微泡超声造影剂打下了良好的研究基础。
　　在总结前人工作的基础上，我们从分子结构出发，选择合适的成膜材料，制备了新型基于表面活性剂的微泡超声造影剂。新型微泡以司班60（Span60）和聚乙二醇单硬脂酸酯（PEG40S）为成膜材料，全氟丙烷（C3F8）为包封气体，采用声振空化的方法制备而成。制得的微泡粒度分布均匀，分散性好，平均粒径约为2.08±1.27μm，超过99％的微泡直径小于8μm，表明它们尺寸适宜，可以作为超声造影剂用于静脉注射。体内外超声造影结果表明，新型微泡在脉冲反向谐波和能量多普勒模式下均具有很好的显影增强效果，造影过程中兔基本生命体征未见明显变化。在制得了微米级气泡的基础上，采用离心的方法从母液微泡悬液中分离得到了尺寸可控的纳米级气泡。动物体内能量多普勒模式造影结果表明，它可以显著增强兔肾脏能量多普勒信号。为了了解制得的新型微泡的结构和稳定机制，采用Langmuir单分子膜技术在分子水平上考察了微泡成膜组分的单分子膜行为。结果表明，Span60能形成低表面张力的壳层，有效地降低了腔内气体向外部的弥散；PEG40S分子的加入构建了一个亚能垒，阻止了微泡间的凝聚融合，从而赋予了其良好的稳定性。将微泡与不同比例的混合单分子膜的π-A等温曲线进行比较，推测微泡膜层中Span60与PEG40S的分子数比例大约为9:1。
　　以生物相容性和安全性俱佳的可降解高分子聚合物聚乳酸（PLA）为成膜材料，量子点（QDs）为发光物质，采用双乳溶剂挥发法和冷冻干燥技术相结合制备具有超声/荧光双模式显影功能的高分子材料微泡——QDs@PLA微泡。制得的微泡呈规则的球形，具有中空结构，粒度分布均匀，能够满足超声造影剂对尺寸的基本要求。荧光发射光谱和荧光显微镜结果表明，QDs@PLA微泡能维持 QDs良好的发光特性，PLA壳层有效地增加了 QDs的荧光稳定性。体内外超声造影结果表明，QDs@PLA微泡具有良好的回声特性。体内外荧光成像结果表明，QDs@PLA微泡具有很好的荧光成像能力，与超声造影结果具有同步性。

目录

新型微泡超声造影剂的制备及性能与应用的研究

Fabrication, Properties and Applications of Novel Microbubble Ultrasound Contrast Agents

摘 要

Abstract

目 录

Contents

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 超声造影剂简介

1.3 超声造影剂国内外发展概况

1.4 靶向超声造影剂及其应用研究

1.5 分子组装技术

1.6 纳米材料

1.7 本文的研究目的、意义和主要研究内容

第2章 试验材料与研究方法

2.1 试验原材料及试剂、实验仪器和实验动物

2.2 实验材料的制备工艺和方法

2.3 主要性能的分析测试方法

2.4 体内外超声显影增强效果评价

2.5 体内外超声/荧光成像效果评价

第3章 微泡表面静电自组装构建磁靶向控释载体

3.1 引言

3.2 微泡的制备

3.3 聚电解质在微泡表面的静电组装

3.4 磁靶向微泡控释载体的构建

3.5 本章小结

第4章 新型微泡的制备、性能和稳定机制研究

4.1 引言

4.2 基于表面活性剂的新型微泡超声造影剂的制备

4.3 新型微泡超声造影剂的性能表征

4.4 新型微泡超声造影剂的体内外超声显影效果评价

4.5 可肿瘤显影的纳米级气泡的分离

4.6 新型微泡超声造影剂的结构和稳定机制研究

4.7 本章小结

第5章 超声/荧光双模式显影剂的制备与性能研究

5.1 引言

5.2 超声/荧光双模式显影剂的制备与表征

5.3 超声/荧光双模式显影剂体内外超声显影效果评价

5.4 超声/荧光双模式显影剂体内外荧光成像效果评价

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文及其他成果

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致 谢

个人简历

附录（一）

附录（二）