一种基于纳米氧化石墨烯的磁共振成像造影剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于放射诊断学技术领域，涉及一种基于纳米氧化石墨烯的磁共振成像造影剂及其制备方法与用途，尤其是一种直接由钆离子(Gd3+)与支链型聚乙二醇功能化纳米氧化石墨烯(pGO)制成的磁共振成像MRI造影剂pGO-Gd。该造影剂利用纳米载体材料pGO体系中的O、N原子直接与钆离子螯合而成，不需要额外引入DTPA等螯合剂，并具有很高的钆离子负载率。该造影剂可以经过静脉注射和皮肤注射，能够应用于体内血管成像、器官成像、肿瘤成像和淋巴结成像。本造影剂具有制备简单、磁豫率高、分散性和兼容性好、体内循环时间长、成像时间窗口长、应用广泛等优点，有利于转化和推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于放射诊断学
，涉及磁共振成像及其造影剂，具体涉及一种基于纳米氧化石墨烯的磁共振成像造影剂及其制备方法与用途。
技术介绍
现有技术公开了磁共振成像(MRI)是一种无创伤性的医学影像技术，分辨率很高，能同时获得解剖与生理信息，有利于在活体状态下的疾病诊断，该技术广泛应用于肿瘤和神经系统疾病的临床放射诊断，也是分子影像学的一个重要研究方向。临床实践中，为了获得高质量的MR图像，MRI经常需要注射造影剂，做增强MRI，提高图像对比度。Gd-DTPA等钆离子(Gd3+)的螯合物是目前临床常用的MRI造影剂，但由于其分子量小，存在弛豫率低、体内清除快、存留时间短等缺点，以致成像的时间窗口很短。为了克服这些问题，业内以大分子和纳米材料作为Gd3+的载体已经成为MRI造影剂的重要研究方向之一。纳米氧化石墨烯是一种二维碳纳米材料，具有比表面积大、生物相容性好、制备成本便宜等优点，在生物医学领域已经成为新兴的治疗药物和MRI造影剂的纳米载体。但是，目前以氧化石墨烯为载体的钆离子型MRI造影剂，仍存在有不足及缺陷，包括：1)由于未对所用的氧化石墨烯经过合适的功能化修饰，生理溶液中分散性差，生物兼容性低，难以应用于体内注射，缺乏转化应用的可能性；2)虽然对所用的氧化石墨烯进行一定的功能化修饰，但仍需要额外引入螯合剂，导致制备过程较为复杂，不利于推广和转化。基于现有技术存在的问题，本申请的专利技术人拟提供一种新的基于纳米氧化石墨烯的磁共振成像造影剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种新的磁共振成像造影剂，具体涉及一种新的基于纳米氧化石墨烯的磁共振成像造影剂；尤其是一种钆离子(Gd3+)型磁共振成像MRI纳米造影剂pGO-Gd，所述的造影剂是直接由Gd3+与支链型聚乙二醇功能化纳米氧化石墨烯(pGO)制成，其中不需要额外引入DTPA等螯合剂，切磁豫率更高，MR图像更清晰。具体的，本专利技术提供了一种基于纳米氧化石墨烯的磁共振成像造影剂，该造影剂是钆离子(Gd3+)型磁共振成像MRI纳米造影剂pGO-Gd，所述的造影剂由Gd3+与支链型聚乙二醇功能化纳米氧化石墨烯(pGO)制成MRI造影剂pGO-Gd，其中不引入螯合剂。本专利技术的该造影剂利用纳米载体材料pGO体系中的O、N原子直接与钆离子螯合而成，不需要额外引入DTPA等螯合剂，并具有很高的钆离子负载率。本专利技术的进一步目的是提供所述的造影剂的制备方法。本专利技术的基于纳米氧化石墨烯的磁共振成像(MRI)造影剂通过下述方法制备：以天然石墨粉为原料，先后加入一定量的氯化钠、浓硫酸、硝酸钠，磁力搅拌，然后缓慢加入高锰酸钾，继续搅拌，期间注意温度控制室温；在搅拌的条件下，使反应温度序列地上升；最后，加入H2O2终止反应，并用稀盐酸、去离子水洗涤、离心数次，获得纳米氧化石墨烯(GO)；将上述制得的纳米氧化石墨烯(GO)分散在水中，调节浓度，先后加入NHS、EDC，搅拌，并调节体系的pH值至4～7，最后加入末端为氨基的支链型聚乙二醇，在常温下搅拌反应；经过去离子水稀释、超滤离心洗涤数次(离心管膜截留分子量MWCO为10～100KDa)，制得功能化纳米氧化石墨烯pGO；不需要向上述pGO体系中再额外引入DTPA等螯合剂做进一步的复杂修饰，直接将上述制得到的pGO分散在水中，调节浓度，将钆离子溶液缓慢加入，常温搅拌过夜；经过去离子水稀释、超滤离心洗涤数次(离心管膜截留分子量MWCO为10～100KDa)，最终根据所需浓度分散在水中，获得本专利技术所述的MRI造影剂pGO-Gd。本专利技术制备纳米氧化石墨烯的过程中，加入高锰酸钾时控制温度在室温，之后的序列升温不能太快，最终的反应温度不能过高，本专利技术的实施例中，反应温度序列地升至95℃；本专利技术制备方法中，所述的支链型聚乙二醇选自三齿型、四齿形、六齿型，分子量为1000～20000Da；本专利技术制备方法中，通过其中的O、N原子直接将钆离子螯合在pGO体系中，无需额外引入DTPA等螯合剂。本专利技术制备方法中，所述的钆离子溶液选自氯化钆、硝酸钆等常见的钆离子化合物的溶液。本专利技术制备方法中，控制加入钆离子溶液的滴加速度。本专利技术制备方法中，控制超滤离心处理反应混合液时的转速和时间。进一步，本专利技术所述的造影剂经过静脉注射可用于体内血管成像、体内器官成像或肿瘤成像。本专利技术所述的造影剂经过皮肤内注射可用于淋巴结成像。经检验，结果表明，本专利技术所述的MRI造影剂具有如下优点：利用支链型聚乙二醇功能化纳米氧化石墨烯，不但使其分散性好、生物兼容性好，而且体内循环时间长、成像时间窗口长，有利于体内应用和影像诊断；制备过程中，无需额外引入DTPA等螯合剂，使得制备更为容易，有利于推广和产品化；纳米氧化石墨烯(GO)的比表面积大，钆离子的负载量高，产生磁豫率更高，MR图像更清晰的有益效果。为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本专利技术的基于纳米氧化石墨烯的磁共振成像造影剂进行详细地描述。需要特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，显然本领域的普通技术人员可以根据本文说明，在本专利技术的范围内对本专利技术做出各种各样的修正和改变，这些修正和改变也纳入本专利技术的范围内。附图说明图1为本专利技术所述的不同浓度的造影剂分散在水中的T1加权MRI图像，其中，显示了造影剂浓度越高，其MRI图像越清楚，说明该造影剂的MRI成像对其浓度具有很好响应性。图2为本专利技术所述的造影剂的弛豫时间倒数1/T1与样品中钆离子浓度之间的线性关系图，其中显示其弛豫率很高，达到6.5，是目前临床应用的Gd-DTPA的3倍左右，说明利用本专利技术所述造影剂进行MRI成像，可以获得更高质量的MRI图像。图3为本专利技术所述的造影剂注射到小鼠脚垫之后20h的淋巴结MRI图像，图中显示出清晰的淋巴结图像，说明本专利技术所述的造影剂经过皮肤内注射可用于淋巴结成像。具体实施方式实施例1采用1g石墨粉末与60gNaCl混合研磨，用水洗涤过滤除去NaCl；膨胀后的石墨粉用3:1的浓硫酸和浓硝酸超声20h，再量取23mL98％wt浓硫酸加入反应容器中，搅拌8h，然后再以0.1g/min的速度加入5g高锰酸钾，搅拌反应；混合物在40℃搅拌0.5h，升温至70℃，搅拌45min，之后加入3mL去离子水，105℃下搅拌5min；再加40mL去离子水，100℃下搅拌15min；之后再加入140mL蒸馏水，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纳米氧化石墨烯的磁共振成像造影剂，其特征在于，该造影剂是钆离子(Gd3+)型磁共振成像MRI纳米造影剂pGO‑Gd，所述的造影剂由Gd3+与支链型聚乙二醇功能化纳米氧化石墨烯(pGO)制成MRI造影剂pGO‑Gd，其中不引入螯合剂。

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米氧化石墨烯的磁共振成像造影剂，其特征在于，该造影剂
是钆离子(Gd3+)型磁共振成像MRI纳米造影剂pGO-Gd，所述的造影剂由Gd3+与支
链型聚乙二醇功能化纳米氧化石墨烯(pGO)制成MRI造影剂pGO-Gd，其中不引入
螯合剂。
2.按权利要求1所述的基于纳米氧化石墨烯的磁共振成像造影剂，其特征
在于，所述的是DTPA。
3.权利要求1所述的基于纳米氧化石墨烯的磁共振成像造影剂的制备方法，
其特征在于，其包括步骤：
1)以天然石墨粉为原料，先后加入一定量的氯化钠、浓硫酸、硝酸钠，磁
力搅拌后，加入高锰酸钾，继续搅拌，温度控制室温；搅拌下，使反应温度序列
地升至95℃；加入H2O2终止反应，并用稀盐酸、去离子水洗涤、离心数次，得纳
米氧化石墨烯；
2)将制得的纳米氧化石墨烯分散在水中，调节浓度，先后加入NHS、EDC，
搅拌，并调节溶液的pH值至4～7，最后加入末端为氨基的支链型聚乙二醇，常
温下搅拌反应；经去离子水稀释、超滤离心洗涤数次，其中离心管膜截留分子量
MWCO为10～100KDa，得功能化纳米氧化石墨烯pGO；
3)将制得的功能化纳米氧化石墨烯pGO分散在水中，调节浓度，再将钆离
子溶液缓慢加入，常温搅拌过夜；经去离子水稀释、超滤离心洗涤数次，其中离
心管膜截留分子量MWCO...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明伟，周晓宝，曹天野，章英剑，
申请(专利权)人：复旦大学附属肿瘤医院，
类型：发明
国别省市：上海;31