基于窄分子量分布低聚壳聚糖的磁共振成像造影剂的合成及性能研究

摘要

磁共振成像（MRI）技术已成为临床诊断中不可缺少的手段。它可以生成无创性的断层图像，并且能观测到组织和器官中详细的内部结构。但是为了更好的辨别健康组织和患病组织通常使用到造影剂。目前临床广泛使用的MRI造影剂是Gd-DTPA，但是其在体内停留时间较短，成像效果差。降解得到的窄分子量分布的低聚壳聚糖具有更好的生物相容性，水溶性及其他独特的生理活性，在其结构上含有丰富的活泼氨基和羟基，便于对其进行化学修饰。
　　本文基于低聚壳聚糖CS11（Mw/Mn=1.10）从以下两个角度合成得到新型MRI造影剂:一种是通过荧光基团对CS11进行化学修饰，再链接二乙三胺五乙酸酐(DTPAA)，最后与金属离子螯合，这样得到的新型T1造影剂可以应用于MRI与荧光学成像技术的双模态影像技术领域;另一种是通过CS11对磁性纳米颗粒进行修饰，得到性质优良的T2造影剂。本论文具体研究内容如下:
　　(1)将对二甲胺基苯甲醛(DMABA)引入CS11，链接DTPAA，再分别与Gd3+和Mn2+螯合，得到新型功能配合物Gd-DTPA-DMABA-CS11和Mn-DTPA-DMABA-CS11。通过红外光谱(IR)，1HNMR，凝胶过滤色谱(GFC)和元素分析对其结构表征。测定其弛豫性能，荧光性能和体外稳定性。通过荧光猝灭光谱，同步荧光光谱，圆二色谱(CD)和等温滴定热力学实验(ITC)研究了其与BSA之间的相互作用。研究结果表明Gd-DTPA-DMABA-CS11和Mn-DTPA-DMABA-CS11的弛豫性能(r1分别为12.95 mmol-1·L·s-1和10.37mmol-1·L·s-1)均优于商业造影剂Gd-DTPA(r1=3.85 mmol-1·L·s-1)，且具有较好的荧光性质和体外稳定性。这两种配合物均对BSA有猝灭作用，使得BSA的构象发生了变化，其猝灭机制是静态猝灭。ITC测定结果表明Gd-DTPA-DMABA-CS11与BSA作用是自发进行的放热过程，主要作用力是范德华力和氢键;Mn-DTPA-DMABA-CS11与BSA作用是自发进行的吸热过程，主要作用力是疏水作用。以上结果表明Gd-DTPA-DMABA-CS11和Mn-DTPA-DMABA-CS11是潜在的具有荧光特性的MRI造影剂。
　　(2)将异硫氰酸荧光素(FITC)引入CS11，再与Gd-DTPA连接，得到配合物Gd-DTPA-FITC-CS11，并对其进行IR，GFC和元素分析表征。测定其弛豫性能，荧光性能和体外稳定性。通过荧光猝灭光谱，同步荧光光谱，CD和ITC实验研究了Gd-DTPA-FITC-CS11与BSA的相互作用。结果表明Gd-DTPA-FITC-CS11的弛豫性能(r1=14.09 mmol-1·L·s-1)优于商业造影剂Gd-DTPA（r1=3.85 mmol-1·L·s-1），且具有较好的荧光性能和体外稳定性。Gd-DTPA-FITC-CS11能够猝灭BSA的荧光，使BSA的构象发生变化，其猝灭机制是静态猝灭，其与BSA作用是一种自发的吸热过程，主要作用力是疏水作用。以上结果表明Gd-DTPA-FITC-CS11能够作为一种潜在的具有荧光性能的MRI成像造影剂。
　　(3)通过CS11对合成得到的Fe3O4纳米颗粒进行修饰得到Fe3O4@CS11，并对其进行IR，热重分析(TGA)，X-射线衍射(XRD)，扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征，测定其磁性性能和弛豫性能。结果表明Fe3O4@CS11纳米颗粒呈球形形状，平均粒径约为18nm，其中CS11的含量约为36.69％，分散性比Fe3O4好，在外磁场下具有很好的磁性，且体外横向弛豫率r2为278.42mM-1·s-1，是一种潜在的T2造影剂。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 磁共振成像

1．1．1 磁共振成像概述及其作用机理

1．1．2 多模态成像技术

1．2 MRI造影剂

1．2．1 MRI造影剂的分类

1．2．2 T1造影剂

1．2．3 T2造影剂

1．3 壳聚糖

1．4 低聚壳聚糖

1．4．1 性质

1．4．2 应用

1．5 本文的研究思路

第二章 基于窄分子量分布低聚壳聚糖的希夫碱配合物作为具有荧光特性的T1造影剂的合成及性能研究

2．1 实验材料

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验设备

2．2 实验部分

2．2．1 基于低聚壳聚糖的金属配合物的合成

2．2．2 对产物的结构表征

2．2．3 产品性质测定

2．2．4 金属配合物与BSA之间的相互作用

2．3 结果与讨论

2．3．1 IR光谱分析

2．3．2 1H NMR谱图分析

2．3．3 GFC结果分析

2．3．4 元素分析

2．3．5 体外弛豫分析

2．3．6 体外T1加权成像图

2．3．7 荧光光谱分析

2．3．8 体外稳定性

2．3．9 金属配合物与BSA之间相互作用的结果分析

2．4 小结

第三章 基于窄分子量分布低聚壳聚糖的荧光功能性配合物作为T1造影剂的合成及性能研究

3．1 实验材料

3．1．1 实验试剂

3．1．2 实验设备

3．2 实验部分

3．2．1 基于低聚壳聚糖的金属配合物的合成

3．2．2 对产物的结构表征

3．2．3 产品性质测定

3．2．4 金属配合物与BSA之间的相互作用

3．3 结果与讨论

3．3．1 IR光谱分析

3．3．2 GFC结果分析

3．3．3 元素分析

3．3．4 体外弛豫分析

3．3．5 体外T1加权成像图

3．3．6 荧光光谱分析

3．3．7 体外稳定性

3．3．8 金属配合物与BSA之间相互作用的结果分析

3．4 小结

第四章 窄分子量分布低聚壳聚糖修饰Fe3O4纳米颗粒作为T2造影剂的合成及性质测试

4．1 实验材料

4．1．1 实验试剂

4．1．2 实验设备

4．2 实验部分

4．2．1 基于低聚壳聚糖的磁性纳米颗粒的合成

4．2．2 对产物的结构表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 IR光谱分析

4．3．2 热重分析

4．3．3 XRD图谱分析

4．3．4 SEM图谱分析

4．3．5 TEM图谱分析

4．3．6 磁性性质

4．3．7 体外弛豫性质分析

4．4 小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文