[发明专利]水溶性生物相容性钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种水溶性生物相容性钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇及其制备方法和应用。将钆前驱体、铁前驱体和生物相容性高分子溶解于高沸点非极性或弱极性溶剂中，经过高温分解法在形成钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇的同时，在纳米团簇的表面原位修饰生物相容性高分子，并通过调节金属前驱体的比例调控纳米团簇中钆的含量。本发明具有工艺简单、操作简便、原料成本低的特点，所得水溶性生物相容性钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇具有超顺磁性，水溶性好、弛豫率高的优点，可以作为造影剂应用于磁共振成像。

技术领域

本发明涉及一种纳米团簇及其制备方法和应用，特别涉及一种水溶性生物相容性钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇及其制备方法和应用，属于无机纳米材料技术领域。

背景技术

纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、介电限域效应、宏观量子隧道效应等效应，与原子和分子等小尺寸物质相比具有良好的物理化学性质。磁性氧化铁纳米材料由于具有独特的超顺磁性和生物相容性，成为目前医学领域应用较为广泛的一类纳米材料，在磁共振成像和肿瘤治疗方面有着很大的优势。磁性纳米粒子大于临界尺寸(约25纳米)时会由超顺磁性向铁磁性转变，使其不再适用于生物医学应用。磁性氧化铁纳米团簇是由氧化铁纳米粒子一级结构组成的一种二级结构，由于纳米粒子具有超顺磁性，因此纳米团簇也保留了超顺磁性，同时具有比纳米粒子一级结构更强的磁性能，还可以避免剩磁引起粒子团簇的团聚。磁性氧化铁粒子团簇是软磁性物质，在磁性氧化铁晶格中掺杂其他金属离子时，可以有效改变纳米团簇的结构、物理化学性能及磁性能。钆离子是一种特殊的离子，具有很大的磁矩、优异的磁共振成像效果，被用作常见的磁共振成像造影剂。此外，钆的自旋顺序可以产生与磁性氧化铁方向相同的局部磁场，从而显著增加局部磁场强度和不均匀性，进一步提高T₁和T₂磁共振成像效果。近年来一些课题组对钆掺杂的磁性氧化铁纳米团簇进行了研究，Si等人将乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钆、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮在高压釜中反应72个小时得到钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇[Chemical Engineering Journal,2019,360:289]，这种合成方法反应时间较长。Wang等使用硬脂酸改性的聚乙烯亚胺，将钆掺杂纳米晶体在水相中组装成纳米团簇[Nanoscale,2013,5(17):8098]，这种合成方法较复杂，需要两步完成。

目前，现有技术中并没有一种水溶性生物相容性钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇的制备方法能够实现一锅法制备且产量大，且得到的纳米团簇具有优异的水溶性和生物相容性。因此开发能耗低，反应可控性强的水溶性生物相容性钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇是研究的重点之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水溶性生物相容性钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇及其制备方法和应用。制得的纳米团簇可溶于水相溶液中，且具有良好的胶体稳定性、较高的弛豫率和磁饱和强度，可以应用于磁共振成像。

为了达到上述目的，本发明将钆前驱体、铁前驱体和生物相容性高分子溶解于高沸点非极性或弱极性溶剂中，经过高温分解法在形成钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇的同时，在纳米团簇的表面原位修饰生物相容性高分子，并通过调节金属前驱体的比例调控纳米团簇中钆的含量。具体地，本发明采用了以下技术手段：

本发明提供了一种水溶性生物相容性钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇，所述水溶性生物相容性钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇是一种尺寸为50～200纳米的二级结构，包括2～10纳米的一级结构纳米粒子，及其表面包覆的生物相容性高分子；所述水溶性生物相容性钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇由油酸铁、油酸钆和生物相容性高分子制成，所述油酸钆、油酸铁和生物相容性高分子的物质的量比为0.1～0.5:1:2～10。

优选的，所述油酸钆、油酸铁和生物相容性高分子的物质的量比为0.2:1:3。

优选的，所述生物相容性高分子选自聚乙二醇、双端羧基聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、羧基化甲氧基聚乙二醇或支化聚乙二醇，且数均分子量为400～50000。

本发明还提供了上述水溶性生物相容性钆掺杂磁性氧化铁纳米团簇的制备方法，包括如下步骤：