一种超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂及其制备方法

摘要

一种超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂及其制备方法，涉及一种用于诊疗的磁共振成像对比剂及其制备方法。聚合物微球由可聚合的双亲大分子、苯乙烯单体以及Fe3O4纳米粒子经过一次投料聚合而成。微球具有核-壳结构，内核包裹超顺磁Fe3O4颗粒，壳层表面含有丰富的功能基团。通过偶联靶向分子可使微球具有靶向功能，适用于特定疾病的靶向磁共振成像。本发明超顺磁聚合物微球合成工艺简单、制造成本低，且微球粒径可控、形态稳定、生物相容性好、MRI成像效果好，具有很好的推广与应用价值。

说明书

技术领域

本发明属于复合材料和分子影像领域，涉及一种磁共振成像对比剂及其制备方法，尤其是一种超顺磁聚合物微球构建的磁共振成像对比剂及其制备方法。 

背景技术

磁共振成像（MRI）是当今临床诊断中最有力的检测手段之一，具有无辐射损伤的安全性，可向任意方位断层扫描等技术灵活性，能够提供清晰的空间分辨率及生理组织和器官的详细信息。在MRI中，由于某些不同组织或肿瘤组织的弛豫时间相互重叠，不能进行动态扫描和测定器官功能，需要借助对比剂提高成像对比度。 

磁共振成像对比剂通常可分为顺磁性对比剂、铁磁性对比剂和超顺磁性对比剂，它们都是通过内外界弛豫效应和磁化率间接改变组织信号的强度达到造影目的。其中，超顺磁性对比剂由于在人体内分布具有特异性、使用剂量少、安全、毒副作用小等优点成为目前研发的热点。在这一领域内，张岐等（磁性水溶性壳聚糖磁共振成像对比剂的制备方法，中国专利，CN101890173A）将壳聚糖降解为水溶性窄分子量低聚壳聚糖，然后加入超顺磁性金属无机盐，利用金属无机盐在碱性条件下水解，在水溶性窄分子量低聚壳聚糖中原位生成磁性纳米粒子，经磁分离干燥后得到超顺磁性水溶性壳聚糖磁共振成像对比剂；蔡伟等（一种超顺磁性磁共振造影剂及其制备方法，中国专利，公开号CN101002951A）公开了一种表面包覆多元醇的Fe₃O₄纳米粒子，其制备方法是将含铁化合物在多元醇溶液中经高温反应、冷却、沉淀、分离、分散于水溶液并过滤除菌最终得到一种超顺磁性磁共振成像对比剂；艾华等（一种两亲性多糖包裹超顺磁纳米粒子构建的磁共振造影剂及其制备方法，中国专利，公开号CN102380109A）基于非可聚合型两亲分子自组装作用形成胶束，再装载疏水性超顺磁纳米粒子获得水溶性复合物。此种方法所制得的复合物稳定性差，且操作过程中的可控性差，不适合复杂环境的应用。杨仕平等（一种四氧化三铁-二氧化硅-胸腺嘧啶纳米粒子及其制备方法和应用，中国专利，公开号CN102085381A）采用高温热解制备Fe₃O₄纳米粒子，包裹二氧化硅和连接氨基，再连接胸腺嘧啶制备了一种磁共振成像对比剂和检测汞离子的磁共振传感器，但是其在碱性条件下的应用受到了限制。 

综上所述，有关超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂，尤其是具有核-壳结构、内嵌Fe₃O₄纳米粒子、粒径可控、耐酸耐碱性好的磁共振成像对比剂尚未见报道。 

本发明超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂以可聚合的双亲大分子、苯乙烯单体以及Fe₃O₄纳米粒子经过一次投料引发聚合，方法简单。其中，可聚合的双亲大分子为马来酸异醇双酯（由马来酸酐、十八醇、聚乙二醇经过两步酯化反应制得）可参与苯乙烯的聚合，使得微球具有良好的稳定性，不仅能够解决普通多元醇对Fe₃O₄纳米粒子包裹不牢的问题，而且还克服了普通二氧化硅作为壳层不耐碱的局限性，具备很好的耐酸耐碱性；同时，聚乙二醇赋予壳层丰富的羟基，通过偶联靶向分子使微球具有靶向功能。本发明的微球生物相容性好、MRI成像效果好，而且粒径可控，可制备20~500nm的微球，满足不同组织和病变的成像造影需求，具有潜在应用价值。 

发明内容

本发明目的在于提供一种超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂及其制备方法。 

所述一种超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂由可聚合的双亲大分子、苯乙烯单体以及Fe₃O₄纳米粒子经过一次投料引发聚合；微球为核-壳结构，内核为聚苯乙烯并镶嵌Fe₃O₄纳米粒子，壳层为可聚合的双亲大分子。 

所述聚合物微球粒径为20~500nm。 

所述Fe₃O₄纳米粒子粒径为2~10nm。 

所述可聚合的双亲大分子为马来酸酐、长链脂肪醇、聚乙二醇经过两步酯化反应得到。 

所述一种超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂的制备方法如下： 

（1）化学共沉淀法制备磁性Fe₃O₄纳米粒子，加入长链不饱和脂肪酸改性，提高Fe₃O₄纳米粒子表面的疏水性。 

（2）将Fe₃O₄纳米粒子、苯乙烯单体、马来酸异醇双酯、引发剂加入水中，50~80℃下反应12~36h即得到一种超顺磁聚合物微球磁共振造影剂。 

（3）将步骤（2）所得超顺磁聚合物微球磁通过偶联叶酸，得到具有靶向功能的磁共振造影剂。 

所述长链不饱和脂肪酸为油酸、十一碳烯酸、十三碳烯酸等长链不饱和脂肪酸中的一种，用量为Fe₃O₄纳米粒子的1~1.5倍。 

所述Fe₃O₄纳米粒子、苯乙烯单体、马来酸异醇双酯、引发剂的含量依次为：1~5wt%、5~15wt%、0.001~5wt%、0.001~1wt%，余量为去离子水。 

所述引发剂为偶氮类引发剂、有机过氧类引发剂、氧化还原体系等，如偶氮二异丁腈、过硫酸钾、过氧化苯甲酰等。 

本发明超顺磁聚合物微球的粒径可控，可以根据需要制备不同粒径的微球来对不同组织 和器官进行造影；聚合物微球的核-壳结构不仅大大提高了对比剂的稳定性和耐酸耐碱性，还能借助微球表面丰富的功能基团进行偶联不同的靶向分子，满足不同病变的造影需求。同时，本发明超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂毒副作用小，具有良好应用前景。 

附图表说明 

图1实施例1中超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂的TEM图。 

图2实施例1超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂的磁滞回线图。 

图3实施例1和实施例2超顺磁聚合物微球的磁共振成像图（Varian7.0T MRI，1～4分别代表磁性微球浓度比为1，1/2，1/4和1/8，上排为实施例1实验结果，下品为实施例2实验结果）。 

图4实施例1中1/T₂随浓度变化关系拟合曲线。 

表1实施例2～9的实验结果。 

表2实施例11～15的细胞存活实验结果。 

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明。 

实施例1超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂的制备 

将5.41gFeCl₃·6H₂O和2.78gFeSO₄·7H₂O溶于40mL去离子水中，通氮气除氧30min；3.54gNaOH溶于10mL去离子水，缓慢加入，60℃反应1h后加入2mL油酸，升温至80℃熟化一小时，得到尺寸2~10nm的具有超顺磁性的磁性Fe₃O₄纳米粒子。将改性后的磁性Fe₃O₄纳米粒子用乙醇洗涤2~3次至中性，烘干备用。取所制0.4gFe₃O₄纳米粒子、2mL苯乙烯、0.04g马来酸异醇双酯、40mL去离子水一次投料，搅拌30min后加入0.02g过硫酸铵并升温至65℃反应12~36h，得到粒径200~300nm的超顺磁聚合物微球磁共对比剂；磁分离，透析分离对微球进行提纯。 

所制得的超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂的结构由JEM-2100高分辨透射电镜表征，从图1中可见双层核壳结构，粒径为200~300nm，内层为聚苯乙烯，外层为聚马来酸异醇双酯，并可见在内核镶嵌有Fe₃O₄纳米粒子；其磁性能由SQUID超导量子干涉磁强计测定（图2），结果表明剩余磁化强度和矫顽力均接近于0，几乎无磁滞存在，具有超顺磁性；利用7.0T磁共振成像仪表征不同浓度超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂的磁共振成像效果，结果如图3所示，与纯水相比，微球具有良好的磁共振成像对比度；为便于描述弛豫过程，通常把T₂的倒数定义为弛豫速率R₂，图4是计算的弛豫速率随磁性微球浓度变化的关 系曲线，可见弛豫速率与溶液浓度较好地满足线性关系。 

实施例2~9 

同实施例1工艺，改变苯乙烯、马来酸异醇双酯、过硫酸铵的投料，制备不同粒径的超顺磁聚合物微球磁共振造影剂，结果如表1所示。 

实施例10超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂细胞毒性测试 

将Hela细胞植入10mL细胞培养皿瓶中，条件为37℃、饱和湿度、5%CO₂，培养体系为超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂浓度为100μg/mL的DMEM培养基。实验结果细胞的存活率达到89%，说明毒副作用小。 

实施例11~15 

同实施例10工艺，改变超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂浓度，所得细胞存活率实验结果如表2所示。 

实施例16具有靶向功能的超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂的制备 

用磷酸缓冲液配制1mg/mL的叶酸溶液，取10mL加入40mg1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸、100mgN-羟基琥珀酰亚胺和40mg超顺磁聚合物微球，氮气保护下搅拌24h。反应结束后，对样品进行磁分离，用磷酸缓冲液洗涤2~3次，最后冷冻干燥36h即得具有靶向功能的超顺磁聚合物微球磁共振成像对比剂。 

表1 

实施例>2>3>4>5>6>7>8>9>Fe₃O₄/g>0.4>0.4>0.4>0.4>0.4>0.4>0.4>0.4>苯乙烯/mL>2>2>2>2>2>2>2>2>去离子水/mL>40>40>40>40>40>40>40>40>过硫酸铵/g>0.020>0.020>0.021>0.021>0.021>0.022>0.023>0.024>马来酸异醇双酯/g>0.02>0.03>0.06>0.08>0.10>0.20>0.30>0.40>微球平均粒径/nm>489>423>189>146>109>61>47>28>

表2