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面向磁共振成像应用的Fe_3O_4纳米颗粒/团簇的可控制备

程昌明  
【摘要】: Fe_3O_4纳米材料以其独特的理化性质,被广泛的应用于生物医学领域,其中,磁共振成像是Fe_3O_4纳米材料的一个重要应用领域。在磁共振成像中,Fe_3O_4纳米颗粒可加速周边氢质子的横向弛豫,降低其磁共振信号,增强磁共振成像的图像对比度。Fe_3O_4纳米颗粒在磁共振成像中的对比增强效率通常用其水相分散液的横向弛豫率来表征,与材料的理化性质,如粒径,磁化强度等紧密相关,因此,实现材料的可控制备,对Fe_3O_4纳米材料在磁共振成像领域的应用具有重要意义。本文分别采用共沉淀法和多元醇法可控制备了水相分散稳定的Fe_3O_4纳米颗粒和纳米团簇,研究了影响产物性质的各种因素,考察了Fe_3O_4纳米颗粒/团簇在磁共振成像分子诊断和细胞成像中的应用效果。 针对目前超顺磁成像对比剂制备过程中磁性纳米颗粒由于粒径小、磁性弱,难以进行分离、洗涤的问题,采用絮凝-再分散法制备了粒径5 nm左右的超顺磁性Fe_3O_4纳米颗粒,通过控制纳米颗粒在液相中的絮凝/分散状态,使得制备的Fe_3O_4纳米颗粒可以在较弱的磁场(200 mT)下实现快速分离和洗涤,经过再分散处理后的纳米颗粒具有很好的胶体稳定性。将制备的Fe_3O_4纳米颗粒与抗体耦联后用于肿瘤的分子诊断,取得了较好的结果。 采用多元醇法制备了粒径为5~35 nm、单分散性好、磁化强度高、水相分散稳定的Fe_3O_4纳米颗粒,研究了多元醇和分散剂对颗粒性质的影响,结果表明多元醇分子的还原性和分散剂的结构对颗粒的形成和生长有重要影响。与商品化的超顺磁成像对比剂的横向弛豫率(200 mM~(-1)s~(-1))相比,多元醇法制备的Fe_3O_4纳米颗粒分散液具有更高的横向弛豫率(263 mM~(-1)s~(-1)),对质子横向弛豫的增强作用更明显,在磁共振成像领域具有很好的应用前景。 采用多元醇法制备了一系列高磁性物质含量、表面亲水性的单分散Fe_3O_4纳米团簇,发现纳米团簇的形成是颗粒间斥力与颗粒/溶剂间表面张力共同作用的结果,研究了分散剂浓度和结构、反应物中水和前驱体的浓度、反应时间和温度等对于Fe_3O_4纳米团簇的影响,通过调节上述反应因素,可控制备了粒径从30 nm至450 nm、不同表面电性和结构的Fe_3O_4纳米团簇。 以多元醇法制备的Fe_3O_4纳米团簇为材料,研究了Fe_3O_4纳米团簇粒径与质子横向弛豫率的关系,并且与理论预测结果作比较,结果表明粒径为60 nm左右的磁性纳米团簇对质子横向弛豫的增强作用最明显,其分散液中质子的横向弛豫率高达665 mM~(-1)s~(-1),远高于商品化的超顺磁成像对比剂,也明显高于目前已报道的关于Fe_3O_4分散液的横向弛豫率数值(一般为400 mM~(-1)s~(-1)左右)。将制备的Fe_3O_4纳米团簇用于细胞标记和成像,证实Fe_3O_4纳米团簇可以显著的提高磁共振细胞成像的灵敏度,在细胞成像领域具有很好的应用前景。


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