生物相容性磁性稀土纳米颗粒、其制备及磁共振成像应用制造技术

本发明专利技术涉及具有两个以上能够与纳米颗粒结合的络合基团的生物相容性配体修饰的生物相容性磁性稀土纳米颗粒、其制备方法及磁共振成像及磁共振/光学成像应用。本发明专利技术所采用的技术方法具有工艺简单、操作简便的特点。采用该技术制备的磁性纳米颗粒粒径均一可控、结晶度高、生物相容性好，并可通过掺杂不同稀土元素使纳米颗粒具有荧光或上转换荧光性质。最重要的是，所得到的磁性纳米颗粒样品在生理缓冲液中表现出良好的胶体稳定性，长期放置后依然保持高的水相分散性和磁学性质，因此，采用该技术方法制备的生物相容性磁性纳米颗粒适于规模化和商业化生产，在磁共振成像领域具有广阔的应用前景和市场前景。

【技术实现步骤摘要】
生物相容性磁性稀土纳米颗粒、其制备及磁共振成像应用
本专利技术属于材料化学、纳米科学及其生物医学领域，特别涉及利用高温反应法和“配体置换”法制备高结晶度、能在生理缓冲液中高度溶解并稳定分散的生物相容性磁性稀土纳米颗粒。
技术介绍
磁性稀土纳米颗粒在核磁共振造影(MRI)、细胞分离与标记以及靶向药物载体等生物医学领域有着广泛的应用前景。然而，纳米颗粒的磁响应特性、生物相容性以及在生理条件下的稳定性一直制约着磁性纳米颗粒在上述领域中的应用。目前，磁性纳米颗粒的化学制备方法主要包括:共沉淀法、高温反应法、微乳液法、超声化学法等。其中高温反应法包括高温热分解法及高温复分解反应法，其特点是在非水体系中进行制备反应，同时反应温度高于水的常压沸点温度。共沉淀法制备得到的纳米颗粒尺寸分布宽，产物组成不够明确；微乳液法制备的纳米颗粒结晶度差，磁响应弱；超声化学法在纳米颗粒的尺寸和形貌控制方面较差。近年来兴起的高温反应法则克服了上述制备方法的缺点。由于高温反应法采用较高的反应温度，有利于控制纳米颗粒的成核和生长过程，因此所得到的纳米颗粒结晶度高，尺寸分布窄。然而，高温反应法制备纳米颗粒一般要采用带有长烷基链的饱和脂肪酸和/或胺分子以及不饱和脂肪酸和/或胺(如:油酸、油胺)作稳定剂。这种修饰使得到的纳米颗粒一般只能溶解或分散在非极性或弱极性的有机介质中，因此，不能在单颗粒尺度上被用于生物医学领域。通过后期配体置换可以使表面具有疏水结构的纳米颗粒具有水溶性，同时在纳米颗粒表面引入活性功能基团，使纳米颗粒表面可以共价耦联上具有生 物靶向的生物分子，如抗体、受体、核酸和多肽等，并且通过改变与纳米颗粒结合的配位基团的种类和数量有望提高纳米颗粒在生理缓冲液中的分散性和胶体稳定性。稀土纳米颗粒特殊的磁学性质及光学性质使其在生物分析及生物医学领域展示出广阔的应用前景。最近，稀土纳米颗粒的制备已经取了一系列的研究成果(Nature 2008，463，1323 ；Adv.Mater.2008，20，4765 ；Chem.Mater.2009，21，717 ；Chem.Mater.2011，23，3714)，然而这些纳米颗粒不能直接作为磁共振造影剂及分子影像探针。为了进一步将其应用于生物分析领域如磁共振造影、肿瘤标记和成像，生物体内造影成像等领域，纳米颗粒不仅需要具有生物相容性，同时还需要在生理缓冲液中表现出稳定分散特性。而磁共振分子影像探针的构建还需要纳米颗粒表面具有可反应基团以便进一步共价耦联生物靶向分子如抗体，受体，核酸和多肽等。目前文献报道的水溶性稀土纳米颗粒，由于其表面配体与纳米颗粒配位能力不足，结合力差，因此在生理缓冲液中胶体稳定性不高，易发生聚集和沉淀。因此无法用于构建适于生物体内应用的分子影像探针。而本专利技术涉及的生物相容性稀土纳米颗粒在生理缓冲液中能够高度溶解并稳定分散，不仅适用于生物体内外应用，而且还可以通过耦联生物靶向分子构建分子探针，并在生物体内实现对病灶区域的靶向磁共振及光学成像。
技术实现思路
本专利技术是通过高温反应制备出结晶度高，粒度分布窄，粒径尺寸可调的磁性稀土纳米颗粒或磁性/荧光稀土纳米颗粒；再通过利用含有两个以上络合基团的生物相容性配体(双齿或多齿配体)进行配体交换，制备在生理缓冲液中能够高度溶解并稳定分散的稀土纳米颗粒；选用生物相容性高分子的链段上一端具有所述的两个以上的络合基团，另一端具有一个以上能够与生物分子共价耦联的基团进行配体交换，得到具有表面活性功能基团的生物相容性稀土纳米颗粒；通过表面活性功能基团与生物分子的耦联制备具有靶向性的纳米颗粒，从而实现以下专利技术目的:本专利技术的目的之一是提供一种表面为双齿或多齿生物相容性配体修饰的磁性稀土纳米颗粒及兼具磁性和荧光的稀土纳米颗粒。本专利技术的目的之二是提供的生物相容性磁性稀土纳米颗粒干粉样品长期保存后仍能完全溶于水及生理缓冲液中，形成稳定胶体溶液。本专利技术的目的之三是提供的生物相容性磁性稀土纳米颗粒在生理缓冲液中具有高度稳定性。本专利技术的目的之四在于提供的生物相容性磁性稀土纳米颗粒，其表面聚合物修饰层所携带的功能基团可直接被用于磁性稀土纳米颗粒与生物分子的共价耦联。本专利技术的目的之五是提供的生物相容性磁性稀土纳米颗粒，其尺寸可以通过反应条件进行调控。本专利技术的目的之六是提供一种在生理缓冲液中高度溶解并稳定分散的生物相容性稀土纳米颗粒的“配体置换”制备方法。本专利技术的目的之七是提供一种以生物相容性磁性稀土纳米颗粒作为造影剂或分子影像探针应用于磁共振成像诊断及磁共振/光学成像。本专利技术的一个方面涉及一种生物相容性磁性稀土纳米颗粒，所述生物相容性磁性稀土纳米颗粒的表面修饰有生物相容性高分子，所述生物相容性高分子的高分子链段上带有两个以上能够与稀土纳米颗粒结合的络合基团，其中生物相容性高分子占生物相容性磁性纳米颗粒的质量百分含量是2~90%。本专利技术的生物相容性稀土纳米颗粒在生理缓冲液中能够高度溶解并稳定分散，一般具有顺磁性，稀土纳米颗粒的粒径是I~200纳米，粒子尺寸的相对标准偏差小于10%，在磁性纳米颗粒表面修饰有生物相容性高分子。修饰在表面上的生物相容性高分子占生物相容性磁性纳米颗粒的质量百分含量是2~90 %，优选10~80 %，更优选20~70 %，以获得具有良好的生物相容性的磁性纳米颗粒。所述的生物相容性高分子的分子量在200~20000，优选600~6000 ;主要选自线型、支化的聚乙二醇(PEG)，也包括线型、支化的聚乙二醇与聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMA)、聚乙烯胺(PEI)、聚丙氨酸、聚赖氨酸、聚亮氨酸、聚谷氨酸、聚天冬氨酸或聚乳酸(PLA)形成的嵌段共聚物中的至少一种。所述的生物相容性高分子的链段上带有两个以上能够与稀土纳米颗粒结合的络合基团，这些基团选自由磷酸基团、羧基、胺基、羟基和巯基组成的组。所述的生物相容性高分子除在高分子链段上带有两个以上能够与稀土纳米颗粒结合的络合基团外，还可以在高分子链段的另一端具有一个以上能够与生物分子共价耦联的基团。所述的生物相容性高分子的链段上所带有的一个以上能够直接实现与生物分子进行共价耦联的基团选自由羧基、胺基、马来酰亚胺基、呋喃基、巯基、生物素和亲和素基团组成的组。所述的磁性纳米颗粒主要是钆的无机化合物颗粒，也包括镨、钕、钷、钐、铕、铽、镝、钦、铒及铥的化合物颗粒。例如氧化物颗粒、氟化物颗粒及氟化物复盐颗粒。本专利技术的生物相容性磁性纳米颗粒的干粉样品溶于生理缓冲液时的溶解度为0.lg/L~60g/L,且所得溶液放置半年后仍无沉淀析出。本专利技术所述生理缓冲液包括磷酸盐缓冲生理盐水(PBS)、无菌磷酸生理缓冲液(D-PBS)、Hank’ s 平衡盐溶液(HBSS)或 Earle’ s 平衡盐溶液(EBSS)。本专利技术所述磁性纳米颗粒表面携带有在温和条件下可进一步反应的马来酰亚胺基、巯基、羧基或胺基。利用该功能基团可将本专利技术所述的生物相容性磁性纳米颗粒与生物分子进行共价耦联。本专利技术所述的生物分子包括抗体、氨基酸、多肽、蛋白、生物素、亲和素、核酸的胺基衍生物或羧基衍生物等。相比于采用含有单一络合基团的生物相容性分子配体(单齿配体)修饰的水溶性稀土纳米颗粒，本专利技术的含有两个以上络合基团的生物相容性分子配体(双本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物相容性磁性稀土纳米颗粒，所述生物相容性磁性稀土纳米颗粒的表面修饰有生物相容性高分子，所述生物相容性高分子的高分子链段上带有两个以上能够与稀土纳米颗粒结合的络合基团，其中生物相容性高分子占生物相容性磁性纳米颗粒的质量百分含量是2～90％。

【技术特征摘要】
1.一种生物相容性磁性稀土纳米颗粒,所述生物相容性磁性稀土纳米颗粒的表面修饰有生物相容性高分子，所述生物相容性高分子的高分子链段上带有两个以上能够与稀土纳米颗粒结合的络合基团，其中生物相容性高分子占生物相容性磁性纳米颗粒的质量百分含量是2~90%。2.根据权利要求1所述的生物相容性磁性稀土纳米颗粒，其中所述的生物相容性高分子的链段上一端具有所述的两个以上的络合基团，另一端具有一个以上能够与生物分子共价耦联的基团。3.根据权利要求1或2所述的生物相容性磁性稀土纳米颗粒，其中所述的生物相容性磁性纳米颗粒的干粉样品可溶解于水及生理缓冲液中，溶解度为0.lg/L~60g/L，且所得溶液放置半年后无沉淀析出。4.根据权利要求1或2所述的生物相容性磁性稀土纳米颗粒，其中所述的稀土纳米颗粒选自镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钦、铒及铥的氧化物颗粒、氟化物颗粒及氟化物复盐颗粒；纳米颗粒的粒径是I~200纳米。5.根据权利要求1或2所述的生物相容性磁性稀土纳米颗粒，其中所述的生物相容性高分子的分子量为200~20000，是选自线型、支化的聚乙二醇，线型、支化的聚乙二醇与聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯胺、聚丙氨酸、聚赖氨酸、聚亮氨酸、聚谷氨酸、聚天冬氨酸或聚乳酸形成的嵌段共聚物中的至少一种。6.根据权利要求1或2所述的生物相容性磁性稀土纳米颗粒，其中所述的络合基团选自由磷酸基团、羧基、胺基、羟基和巯基组成的组。7.根据权利要求2所述的生物相容性磁性稀土纳米颗粒，其中所述的能够与生物分子共价耦联的基团选自由马来酰亚胺基、羧基、...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯毅，高振宇，
申请(专利权)人：北京万德高科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：