一种超小尺寸氧化铁纳米颗粒的制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种超小尺寸氧化铁纳米颗粒的制备方法，将乙酰丙酮铁溶解于二甘醇中，乙酰丙酮铁在二甘醇中的浓度为0.02～0.16mol/L，惰性气体环境下，200～220℃温度下乙酰丙酮铁热分解，至反应体系从红棕色转变为黑色溶液，加热回流，冷却，分离提纯。本发明专利技术还提供了一种根据上述所述的制备方法所制得超小尺寸氧化铁纳米颗粒在制备MRI细胞示踪剂中的应用。本发明专利技术提供的制备方法，制备方法简单，各参数易控制，所制得的氧化铁纳米颗粒精确的控制在2‑5nm范围内，且所制得的对所标记细胞的水质子MRI信号影响非常敏感，超小尺寸氧化铁纳米颗粒作为对比剂的阳性对比增强，在MRI影像中对磁标记细胞显示出阳性增强。

【技术实现步骤摘要】
一种超小尺寸氧化铁纳米颗粒的制备方法、应用
本专利技术涉及一种细胞示踪剂
，尤其涉及一种超小尺寸氧化铁纳米颗粒的制备方法及应用。
技术介绍
磁共振影像技术和细胞磁标记技术的结合为研究细胞在生物体内分布、迁移以及归巢等生物学行为提供了一种非损伤示踪手段。利用MRI影像在体示踪细胞，通常需要MR对比剂对细胞进行磁标记。目前，大多数研究中采用的是阴性的、颗粒尺寸较大的氧化铁对比剂。例如商业化葡聚糖包裹的超顺磁氧化铁颗粒(superparamagneticironoxide，SPIO，通常水合粒径大于50nm)以及微米级氧化铁颗粒(micron-sizedparticlesofironoxide，MPIO)。这两类氧化铁对比剂自身存在很强的磁化率效应，使得磁标记细胞在影像中显示的范围相对于实际细胞体积大小扩大了几十倍，不利于精确地显示标记细胞的存在。更为严重的是，这两类对比剂对水质子横向弛豫过程的衰减作用要明显强过其对纵向弛豫过程的贡献，使得标记细胞在T2或T2*加权影像上显示阴性对比度(negativecontrast)，很难与体内由于出血、钙化以及空气组织界面的磁化率差异等原因造成的MR阴性信号区分开来[1]，因而无法对细胞的存在位置、迁移与分布等体内生物学行为进行精确示踪，特别是将细胞移植到内部空腔结构较多的腹部组织中。为实现阳性对比度(positivecontrast)示踪SPIO或MPIO标记的细胞，许多研究者尝试开发复杂的MRI脉冲序列或MRI影像后处理技术。例如，Stuber等开发的MRI序列IRON(inversion-recoverywithon-resonantwatersuppression)，就是利用SPIO在静磁场中产生的不均匀磁场，通过施加一定带宽的饱和脉冲，选择性饱和共振(on-resonance)水质子的信号，而SPIO周围偏共振(off-resonance)水质子的信号得以保留，使得SPIO标记的细胞呈现阳性对比度。后来，基于磁化率梯度(SusceptibilityGradientMapping,SGM)和基于相位梯度(PhaseGradientMapping,PGM)的影像后处理方法也被应用于实现阳性对比显示SPIO标记的细胞。然而，这些新的脉冲序列和影像后处理方法目前还无法从临床MRI成像仪上直接获得，使得这些MRI新方法的广泛应用受到极大的限制，不利于将这些新方法获得的研究成果转化到临床上进行广泛应用。除了广泛采用的大尺寸、阴性的氧化铁对比剂外，基于顺磁性金属离子的阳性对比剂用于细胞示踪研究。最初选用的阳性对比剂有锰离子、小分子锰化合物、钆化合物(Gd-DTPA和Gd-DOTA)；为了提高这些小分子阳性对比剂的纵向弛豫率及其细胞摄取效率，通常将这些小分子对比剂(如Gd-DOTA)偶联到多肽、抗体等生物分子；后来一些聚合物包裹的锰氧化物、钆氧化物、NaGdF4等纳米探针也被应用于细胞示踪。这些基于锰离子以及钆离子的阳性对比剂应用于细胞示踪时，锰离子和钆离子滞留胞内带来的生物毒性问题成为制约其进一步应用的最大屏障。因此开发一种安全无毒、阳性增强的MRI示踪剂，用于移植细胞的体内MRI示踪，对于研究移植细胞的体内定位、存活、整合、功能修复等重要信息，对于筛选最佳的植入条件(植入时间点和位置等)具有十分重要的意义。目前制备粒径为5nm以内的超小尺寸氧化铁颗粒普遍采用的是在有机油相中热分解铁前驱物，然后将油溶性的超小氧化铁颗粒转移到水相体系中。油溶性超小氧化铁颗粒转移到水相过程中，一方面容易团聚导致颗粒粒径变大，另一方面吸附在氧化铁表面的有机分子减小氧化铁核心和水分子接触的机会，大大削弱超小氧化铁的阳性增强性能。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的一个目的是提供一种超小尺寸氧化铁纳米颗粒的制备方法，制备所得的超小尺寸氧化铁纳米颗粒的粒径为2-5nm，制备方法简单，各参数易控制，制备所得2-5nm粒径的氧化铁纳米颗粒中的收率为80％-90％。为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现。本专利技术提供了一种超小尺寸氧化铁纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：S1、将乙酰丙酮铁溶解于二甘醇中，乙酰丙酮铁在二甘醇中的浓度为0.02～0.16mol/L，惰性气体环境下，加热除水，继续加热至200～220℃使乙酰丙酮铁热分解制得四氧化三铁，至反应体系从红棕色转变为黑色溶液，加热回流0.5～2h，冷却至室温，制得超小尺寸氧化铁混合液；S2、向步骤S1所制得超小尺寸氧化铁混合液中加入乙酸乙酯，沉淀后离心，去上清液，得超小尺寸氧化铁纳米颗粒。优选地，二甘醇的量为25-1000ml。优选地，步骤S1中，加热除水的温度为100-130℃。优选地，步骤S1中，加热除水的升温速率为3℃/min-5℃/min。优选地，步骤S1中，加热至200～220℃的升温速率为3℃/min-10℃/min。优选地，步骤S2中，所得到的超小尺寸氧化铁纳米颗粒的粒径为2-5nm。优选地，步骤S2中，还包括将离心后所得到的超小尺寸氧化铁纳米颗粒溶于乙醇中，用乙酸乙酯沉淀，离心分离，重复两至三次。优选地，还包括步骤S3：将步骤S2中所制得的超小尺寸氧化铁纳米颗加入到柠檬酸钠溶液中，搅拌过夜，超滤去除多余的柠檬酸钠溶液，得经柠檬酸修饰的超小尺寸氧化铁颗粒。本专利技术第二个目的是提供一种根据上述所述的制备方法所制得超小尺寸氧化铁纳米颗粒在制备MRI细胞示踪剂中的应用。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的制备方法，溶剂选择二甘醇，替代了传统油相热分解体系，并控制乙酰丙酮铁在二甘醇中的浓度为0.02～0.16mol/L，控制乙酰丙酮铁的热分解温度为200℃～220℃，最终得到的2-5nm粒径大小的超小尺寸氧化铁纳米颗粒的收率为80％-90％，制备方法简单，无需再做油相体系转换为水相体系的操作，避免转移过程中团聚导致粒径变大的几率，且不会影响超小尺寸氧化铁的阳性增强性能，各参数易控制。大多数的细胞对超小尺寸的氧化铁颗粒的摄取效率较低，本专利技术的一优选方案中，将所制得超小氧化铁纳米颗粒表面用柠檬酸修饰，提高氧化铁纳米颗粒在生理环境下的稳定性，同时提高细胞对超小尺寸氧化铁的摄取效率。本专利技术所提供的超小尺寸氧化铁纳米颗粒在制备MRI细胞示踪剂中的应用，采取有效控制氧化铁粒子尺寸的策略，实现氧化铁对比剂的阳性对比增强，解决大尺寸氧化铁对比剂在细胞示踪过程存在的强磁化率问题；同时利用氧化铁材料自身良好的生物相容性，解决基于顺磁性金属钆离子和锰离子示踪剂在细胞示踪研究中存在的毒性问题。氧化铁纳米颗粒的尺寸大小对所标记细胞的水质子MRI信号影响非常敏感，尺寸较大氧化铁纳米粒子标记的细胞通常在影像中呈现阴性增强，而尺寸较小氧化铁纳米粒子由于磁化率效应大幅度削弱，通常在短回波时间采集的MRI影像中显示出阳性增强，文献报道的这个尺寸分界点在5nm左右。为此在制备氧化铁纳米粒子过程中，需要精细控制氧化铁纳米粒子的合成条件，获得粒径在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超小尺寸氧化铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、将乙酰丙酮铁溶解于二甘醇中，乙酰丙酮铁在二甘醇中的浓度为0.02～0.16mol/L，惰性气体环境下，加热除水，继续加热至200～220℃使乙酰丙酮铁热分解制得四氧化三铁，至反应体系从红棕色转变为黑色溶液，加热回流0.5～2h，冷却至室温，制得超小尺寸氧化铁混合液；/nS2、向步骤S1所制得超小尺寸氧化铁混合液中加入乙酸乙酯，沉淀后离心，去上清液，得超小尺寸氧化铁纳米颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种超小尺寸氧化铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将乙酰丙酮铁溶解于二甘醇中，乙酰丙酮铁在二甘醇中的浓度为0.02～0.16mol/L，惰性气体环境下，加热除水，继续加热至200～220℃使乙酰丙酮铁热分解制得四氧化三铁，至反应体系从红棕色转变为黑色溶液，加热回流0.5～2h，冷却至室温，制得超小尺寸氧化铁混合液；
S2、向步骤S1所制得超小尺寸氧化铁混合液中加入乙酸乙酯，沉淀后离心，去上清液，得超小尺寸氧化铁纳米颗粒。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，二甘醇的量为25-1000ml。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，加热除水的温度为100-130℃。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，加热除水的升温速率为3℃/min-5℃/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：易佩伟，王慧，杨晓冬，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32