[发明专利]钆(Ш)-碳量子点和其制备方法以及其在磁共振-荧光双模态成像探针中的应用

说明书

技术领域

本发明属于医学影像材料制备技术领域，具体涉及一种钆(Ш)-碳量子点和其制备方法及其在磁共振-荧光双模态成像探针中的应用。

背景技术

磁共振-荧光双模态分子影像技术克服了单一分子影像技术的局限性，使不同分子影像技术的优势得到互补，大大拓宽了分子影像技术的研究范围与应用前景。临床中得到广泛应用的磁共振成像（MRI）技术能提供高分辨率的组织信息和三维结构成像，并且无需使用放射性物质作为对比剂，但其灵敏度较低，难以准确预测早期病变和微小病变。荧光成像技术具有相当高的灵敏度，但其穿透力有限。

磁共振-荧光双模态分子影像技术用探针的开发已经成为医学和材料领域的研究热点，其中钆(Ш)螯合物和半导体量子点结合而构筑的双模态探针最有研究价值。近年来，纳米技术的发展推动了稀土、荧光蛋白和半导体量子点等与超顺磁性铁剂或顺磁性钆(Ш)螯合物类MRI造影剂的结合（Chem.Soc.Rev.，2008，38(2)：372-90）。其中，钆(Ш)螯合物可以降低组织内水分子中质子的弛豫时间，表现出增强的信号，已广泛用于临床；半导体量子点光褪色过程长，发射波长根据尺寸可调，较荧光蛋白和稀土材料有着显著优势。但是半导体量子点含有镉或其它重金属具有毒性，将会限制钆(Ш)螯合物与半导体量子点结合的双模态探针的推广和应用。Heesum Yang等人通过两步反应制备了钆(Ш)功能化的SiO₂包覆的CdS：Mn/ZnS纳米探针[Biomaterials，2011，32(4)：1185-92]。通过SiO₂包覆可以降低半导体量子点的毒性，但使量子点的尺寸增加了4～7nm，且制备方法比较复杂。

具有优异生物相容性的荧光碳量子点可以替代半导体量子点和钆(Ш)螯合物组建双模态探针。碳量子点制备方法简单，主要包括激光消融法、电化学法、水热法、高温热解/煅烧有机物法和超声法。高温热解/煅烧有机物法是目前制备碳量子点最简单快速的方法，该法制得的荧光碳量子点的量子产率较高。碳量子点具有优异的生物相容性，在生化传感、成像分析和光热治疗等领域的研究工作已在国外大量开展（Analyst，2013，138:6551-57；J.Mat.Chem.B.，2013，1：4972-82）。但碳量子点用于组建双模态探针的研究才刚刚起步。仅Athanasios B.Bourlinos等选用三羟甲基氨基甲烷为碳源，二乙三胺五醋酸钆为钆源，盐酸甜菜碱为表面亲水改性剂，经过高温热解制得用于磁共振-荧光双模态成像探针的钆(Ш)掺杂的碳量子点（J.Mat.Chem.，2012，22(44)：23327-30）。这种技术选用的前驱体为独立的碳源和钆源，且制备过程复杂，且前驱体需经过在水溶液中的反应和复杂的有机试剂参与的后处理过程后才能进行热解。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种钆(Ш)-碳量子点和其制备方法及其在磁共振-荧光双模态成像探针中的应用，该方法简单易行，对设备要求低，反应条件易控制，且无需有机试剂参与，环境友好，经该方法制得的钆(Ш)-碳量子点，能够均匀、稳定地分散于水中，并具有优良的磁共振响应和光致发光性能，适用于磁共振-荧光双模态成像探针。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种钆(Ш)-碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

1）将前驱体置于高温电阻炉中，以1～30℃/min的升温速率由室温升至200～450℃之间的某个温度，然后在此温度下保温0～5h，最后降至室温，得到热解产物；

所述的前驱体为钆(Ш)螯合物或者为1份的氧化钆、氯化钆、硝酸钆或葡甲胺与1～5份钆(Ш)螯合物组成的混合物；

2）将2份热解产物加入20～50份质量浓度为0.01～0.1mol/L的碱性溶液中，超声分散处理，得到悬浊液；

3）将悬浊液经0.22～1μm的水性微孔滤膜抽滤，取滤液，得到含有钆(Ш)-碳量子点的滤液；

4）将含有钆(Ш)-碳量子点的滤液透析，得到分散液，然后将分散液干燥至恒重，得到钆(Ш)-碳量子点。

步骤1）所述的钆(Ш)螯合物为二乙三胺五醋酸钆、乙二胺四乙酸钆、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四羧酸钆、钆喷酸单葡胺、钆喷酸葡胺、钆特酸单葡胺或钆特酸葡胺中的一种或几种。

步骤1）所述的热处理是在氦气、氮气、氩气或空气气氛中的一种或几种气氛中进行。

步骤2）所述的碱性溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液或氨水。