專利名稱：用于磁性粒子成像的作為示蹤物的群聚磁性粒子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在磁性粒子成像(MPI)應(yīng)用中用作磁性示蹤物的磁性粒子組成。
背景技術(shù)：
磁性粒子成像(MPI)允許磁性材料的直接3D成像。空間圖像是通過(guò)測(cè)量由被引 入檢查區(qū)域的磁性粒子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)而形成的。例如US2003/0085703 Al中所述，在檢查 區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生空間上不均勻的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)包括第一區(qū)域，在此第一區(qū)域內(nèi)粒子的磁化強(qiáng)度 處于不飽和狀態(tài)。在檢查區(qū)域其余部分，磁場(chǎng)足夠強(qiáng)以維持粒子處于飽和狀態(tài)。在檢查區(qū) 域內(nèi)移動(dòng)第一區(qū)域?qū)⑿纬纱呕瘡?qiáng)度的變化，該變化可在外部探測(cè)到并包含有關(guān)磁性粒子在 檢查區(qū)域內(nèi)空間分布的信息。便利地，應(yīng)用一個(gè)時(shí)變正弦磁場(chǎng)，該時(shí)變正弦磁場(chǎng)感應(yīng)出更高 階諧波，這些更高階諧波被探測(cè)和評(píng)價(jià)。 MPI中磁性示蹤物的信號(hào)強(qiáng)度因而與在高頻RF場(chǎng)中將磁性示蹤物重磁化后拾取 的更高階諧波的強(qiáng)度相關(guān)。因此，MPI中磁性示蹤物的性能取決于它們?cè)赗F場(chǎng)中的磁屬性， 且還取決于大量粒子之間可能的相互作用，其中該磁屬性又與單個(gè)粒子的磁屬性和材料關(guān) 聯(lián)。 WO 2004/091397 A2中描述了一種使用MPI技術(shù)確定諸如溫度、pH或群聚參數(shù) 的變化的方法。這種方法利用當(dāng)磁性粒子接近且因此受彼此磁場(chǎng)影響時(shí)磁性粒子改變它 們的屬性的效應(yīng)。由于與相鄰粒子的磁場(chǎng)耦合，單獨(dú)粒子對(duì)外部磁場(chǎng)的響應(yīng)發(fā)生改變。WO 2004/091397A2進(jìn)一步描述了各種適用于其中所描述方法的示蹤物，如官能粒子、粒子簇或 復(fù)合物、凝膠或其它空間分隔的介質(zhì)中的粒子。但是，仍需要具有改良MPI性能的磁性示蹤 物。

發(fā)明內(nèi)容
期望提供一種在MPI使用的具有明確磁屬性的、新穎和改良的示蹤材料，以及制 作該材料的方法。 本發(fā)明提供了一種在磁性粒子成像中使用的磁性示蹤材料以及制造這種磁性示 蹤材料的方法。該磁性示蹤材料包括成簇的多個(gè)磁性粒子，它們以受控的方式群聚而形成 單獨(dú)實(shí)體，例如穩(wěn)定油滴、固態(tài)乳化粒子、脂質(zhì)體、聚合物體或泡囊。優(yōu)選地，磁性粒子具有 嚴(yán)格控制的成份，例如Fe203、 Fe304，或一般地FexOy，或者如Co、 Ni、 Zn、 Mn、 . . . FexOy材料 的摻雜材料，或者諸如Fe、 Co、 Ni的其它磁性材料、或者任何其它磁性材料，例如諸如MnZn 的鐵氧體。此外，磁性粒子可以用無(wú)磁性殼隔離于環(huán)境，稱為芯-殼粒子。例子是由以上提 到的磁性材料形成的磁性核芯樣品被厚度為納米范圍的無(wú)磁性殼包覆，該無(wú)磁性殼例如是 金、二氧化硅、無(wú)磁性氧化鐵或有機(jī)涂層。 磁性粒子有適當(dāng)?shù)拇笮『托螤?。?duì)于對(duì)MPI信號(hào)有貢獻(xiàn)的、與其它粒子有或無(wú)相 互作用的粒子被群聚的情形，粒子的直徑優(yōu)選地應(yīng)在20-50nm的范圍，從而給出足夠的MPI 信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是在一個(gè)點(diǎn)上有高的濃度，在圖像采集時(shí)形成所謂的熱點(diǎn)。粒子之間的相互作
4用對(duì)于MPI信號(hào)有益或有害。 備選地，例如直徑在5-10nm范圍內(nèi)的較小粒子或顆粒也可有意地被群聚。這些較 小的粒子制成具有非常單一分散的分布。對(duì)于這些較小粒子被群聚的情形，粒子間的相互 作用對(duì)于產(chǎn)生良好的MPI信號(hào)是必要的，所以易受溫度、pH等變化的影響。該效應(yīng)可被利 用以設(shè)計(jì)靈巧探針，這種探針依據(jù)它們的生物環(huán)境而改變信號(hào)，此生物環(huán)境即指發(fā)炎組織 中上升的溫度或者缺氧性腫瘤中或胞液中輕微的酸性pH。群聚的較小的粒子形成大小范圍 介于幾十到幾百納米的單個(gè)實(shí)體。 群聚的較小的粒子可以進(jìn)一步形成第一子實(shí)體，該第一子實(shí)體等價(jià)于20-50nm的
單個(gè)磁性粒子以產(chǎn)生最佳MPI屬性。例子包括多顆粒粒子，以及受環(huán)境保護(hù)中化學(xué)上穩(wěn)定
的有序結(jié)構(gòu)，即乳液。這種子實(shí)體隨后可被群聚成多個(gè)單獨(dú)實(shí)體，在單獨(dú)實(shí)體中子實(shí)體之間
或者不同子實(shí)體內(nèi)的磁性粒子之間的相互作用對(duì)于MPI信號(hào)有益或有害。 多個(gè)單獨(dú)實(shí)體可具有直徑介于10-1000nm，優(yōu)選地介于100-200nm的大小，使得多
個(gè)單獨(dú)實(shí)體中的一個(gè)單獨(dú)實(shí)體可包括多達(dá)約1000個(gè)或更多個(gè)磁性粒子。 多個(gè)單獨(dú)實(shí)體因而是由多個(gè)嚴(yán)格定義的較小粒子通過(guò)受控群聚形成的。為此，很
多較小的磁性粒子被收集在空間上分散的介質(zhì)例如油、泡囊等中。群聚可在受控方式下發(fā)
生，例如使用溫度或磁場(chǎng)控制，使得實(shí)體的磁屬性(例如大小和/或各向異性)的分散性能
夠被控制。此外，可存在于溶液中的實(shí)體可選地可進(jìn)一步被穩(wěn)定。 與單個(gè)磁性粒子相比，由于單獨(dú)實(shí)體中磁性粒子的相互作用，在單獨(dú)實(shí)體中排列 受控?cái)?shù)目的磁性粒子和/或?qū)⒋判粤Ｗ优帕谐墒芸嘏挪紝?dǎo)致整個(gè)實(shí)體在MPI中新穎的和 改良的磁屬性。單獨(dú)實(shí)體磁屬性中的改進(jìn)的單一分散性，可為MPI作為一種分子醫(yī)學(xué)成像 技術(shù)的數(shù)值量化和確認(rèn)提供益處。 本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及這樣的可能性，即不群聚的粒子在它們的信號(hào)方面不同 于受控群聚粒子。從而，粒子的生物感應(yīng)群聚可允許對(duì)諸如細(xì)胞攝入粒子的生物過(guò)程成像， 在此過(guò)程中細(xì)胞攝入導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的群聚并因而導(dǎo)致信號(hào)改變。該效應(yīng)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用在于細(xì)胞 跟蹤或巨噬細(xì)胞攝入磁性粒子的成像。通過(guò)使用例如含有磁性粒子的紅血細(xì)胞來(lái)成像，同 樣的效應(yīng)可被利用。提供攜帶群聚粒子的選擇的其它生物體也是可能的，例子是病毒、納米 膠囊等。 本發(fā)明的這些和其它方面將從下文所描述的實(shí)施例顯而易見(jiàn)并結(jié)合其得以闡述。


圖1顯示疏水的被包覆的磁性粒子的透射電子顯微鏡(TEM)相片。
圖2顯示懸浮于甲苯中的磁性粒子的動(dòng)態(tài)光散射(DLS)測(cè)量的結(jié)果。
圖3顯示磁性粒子的X射線衍射測(cè)量的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
包含成簇磁性粒子的磁性示蹤材料可包含基于乳液的實(shí)體?；谌橐旱膶?shí)體可通 過(guò)以下處理步驟合成 在第一步驟中，合成一種成份嚴(yán)格受控的磁性粒子，此成份為例如Fe203、 ？6304、或 一般地FexOy或者例如Co、Ni、Zn、Mn、. . . Fex0y材料的摻雜材料；諸如Fe、Co、Ni的其它磁
5性材料；或者任何合適的且形狀和大小嚴(yán)格控制的其它磁性材料，優(yōu)選地磁性粒子是按照 粒子獲得疏水表面涂層的方式進(jìn)行的。合成這類材料的例子在本領(lǐng)域中是已知的。圖l中 顯示疏水的被包覆的氧化鐵粒子的TEM相片。圖2顯示DSL測(cè)量的結(jié)果，而圖3顯示大小 為20nm、具有油酸的疏水表面涂層的氧化鐵粒子的X射線衍射測(cè)量的結(jié)果。這些粒子穩(wěn)定 并充分地分散在諸如甲苯、庚烷或CH2C12的疏水有機(jī)溶劑中。 這些粒子在諸如紅花油或罌粟籽油或(部分)氟化油的疏水油中，或在例如魚(yú)肝 油(compritol)的熔點(diǎn)高于體溫(優(yōu)選高于5(TC)的油中在升高的溫度下也是穩(wěn)定的。并 在第二步驟中能夠容易地分散在這些油中。 將粒子分散于油中后，可用合適的乳化劑，如脂類、嵌段聚合物或泊洛沙姆 (poloxamer)、或者其它聚合物在第三步驟中制備含水的乳液作為連續(xù)相。未加工的 乳液先在ULTRA TURRAX或超聲中處理，然后通過(guò)高壓勻質(zhì)機(jī)處理。后者的例子是如 Microfluidizer系統(tǒng)或APV Gaulin系統(tǒng)。如果用了在升溫時(shí)熔化的油相，則整個(gè)過(guò)程必須 在高溫下進(jìn)行。處理之后，獲得一種具有穩(wěn)定油滴的乳液，每個(gè)油滴包含多個(gè)磁性粒子。這 些油滴的典型大小為直徑介于80-500nm，優(yōu)選地介于100-200nm。通過(guò)控制磁性粒子在油 相中分散的數(shù)量，在單獨(dú)的乳化滴中的粒子數(shù)量可控制到一個(gè)良好的(平均)程度。例如， 直徑約200nm的乳化滴可包含多達(dá)1000個(gè)粒子，每個(gè)粒子直徑約20nm，或如果需要的話更 小。 假如乳液使用在體溫時(shí)呈液態(tài)的油，那么磁性粒子將在內(nèi)部隨機(jī)地分散。對(duì)于基 于在較高溫時(shí)熔化而在體溫時(shí)固化的油的乳化滴，對(duì)于低于熔化溫度的溫度，磁性粒子起 初也是被統(tǒng)計(jì)學(xué)地分散在固化油相中。后一類被稱為固態(tài)乳化粒子。 以上系統(tǒng)形成了用于MPI的新示蹤材料的基礎(chǔ)，因?yàn)楦髯跃哂泄逃刑厥獯艑傩缘?受控?cái)?shù)目磁性粒子間的相互作用將導(dǎo)致整個(gè)實(shí)體的新的磁屬性。 基于固態(tài)乳化粒子的示蹤材料可以進(jìn)一步在磁場(chǎng)中加工以更進(jìn)一步調(diào)整它們?cè)?MPI中的磁響應(yīng)。比如，懸浮在水基介質(zhì)或任何其它合適的連續(xù)相中的固態(tài)乳化粒子，可以 被帶進(jìn)磁場(chǎng)(AC或DC)并加熱到油的熔化溫度以上。 一旦熔化，磁性粒子例如可磁場(chǎng)中對(duì) 齊或以特殊方式成團(tuán)或群聚或相互作用，或在使用AC場(chǎng)的情況下部分對(duì)齊。在后一種情況 中，僅響應(yīng)良好的粒子對(duì)齊。該系統(tǒng)可隨后被淬火低于油的熔化溫度以將磁性粒子"凍"在 固化油中。當(dāng)使用各向異性磁性材料時(shí)，此類系統(tǒng)的性能變化顯著。 上述原理可以被擴(kuò)展到由例如聚乳酸的薄聚合物殼來(lái)穩(wěn)定的粒子。這些粒子的內(nèi) 部相可以基于其中如上所述分散著磁性粒子的類似的油，該油進(jìn)行了如上所述的全部進(jìn)一 步處理步驟。但是，在附加步驟中，可通過(guò)冷凍干燥將油去除，留下群聚磁性材料在聚合物 殼內(nèi)。這類實(shí)體將在MPI中顯示新的屬性。 磁性示蹤材料也可以基于脂質(zhì)體或聚合物體(polymersome)或泡囊基系統(tǒng)脂質(zhì)
體或聚合物體或者泡囊基系統(tǒng)由兩親分子形成并自組裝成泡囊，泡囊具有通過(guò)疏水膜與外
界隔離的水的內(nèi)部體積。參見(jiàn)如上第一步驟描述，被疏水涂層包覆的磁性粒子可并入疏水
膜內(nèi)，因而能基本上排列在球體的表面上。隨著磁性粒子相應(yīng)增加，泡囊的典型大小可為60
到500nm。典型的脂質(zhì)體溶液包含重量分?jǐn)?shù)約2%的脂質(zhì)。典型例子為60% mol的卵磷脂、
30% mol的膽固醇、以及10% mol的磷脂酰乙醇胺或如蛋黃卵磷脂的天然產(chǎn)物。 脂質(zhì)可溶解于CH2C12，分散在CH2C12中的一定數(shù)量的磁性粒子可被添加?；旌衔锢缭赗otorVap在圓底燒瓶中被干燥從而在玻璃上形成膜，之后在真空下干燥。膜可用例如含有穩(wěn)定劑緩沖液的水的水基溶液來(lái)再水化，并未經(jīng)加工的材料在ULTRA TURRAX中混合。隨后，混合物在擠壓機(jī)中在高壓下或者在高壓勻質(zhì)機(jī)中處理以形成脂質(zhì)體系統(tǒng)。由于自組裝，磁性粒子被并入疏水膜。這些粒子的二維排列將導(dǎo)致新的磁屬性，這導(dǎo)致在MPI中的不同行為。脂質(zhì)膜具有大約4nm的厚度，且僅允許并入相當(dāng)小的約2-4nm大小的磁性粒子。如果需要并入較大的磁性粒子，聚合物體提供了優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兡芤愿竦氖杷ぶ苽洹?br> 聚合物體可使用例如雙親聚合物來(lái)制備。 一種廣為研究的例子是聚合物嵌段系統(tǒng)聚乙烯氧化物-聚丁烯。疏水分子量分?jǐn)?shù)fphUi。，即疏水部分的分子量除以總分子量，需在約0. 2 < fphili。 < 0. 4范圍內(nèi)從而形成泡囊形態(tài)。對(duì)更高的fphm。值，形成像柱形膠囊或膠囊的其它結(jié)構(gòu)，這些膠囊又提供不同的屬性。聚環(huán)氧乙烷(PE0)部分的分子量?jī)?yōu)選在50(XPE0分子量< 5000的范圍內(nèi)。更大的分子量是有可能的，但在體內(nèi)應(yīng)用中在生物分布和器官保留時(shí)間上會(huì)顯示次優(yōu)選的屬性。聚合物體的制備遵循以上脂質(zhì)體的方法要點(diǎn)(recipe)。在擠壓聚合物體之前，包括冷凍_解凍循環(huán)是有利的，即，通過(guò)將未經(jīng)加工的聚合物_水分散系置于液氮浴中，隨后置于60度的水浴中。冷凍解凍循環(huán)應(yīng)重復(fù)約5次，以產(chǎn)生隨后可以壓出的較小泡囊。 備選地，例如Resovist的親水的磁性粒子可以并入泡囊、脂質(zhì)體或聚合物體的內(nèi)部的水隔室。為此，當(dāng)上述制作順序中在水化該脂質(zhì)膜時(shí)，在水中加入具有親水涂層的粒子。在處理之后，磁性粒子被排列在脂質(zhì)體或聚合物體的內(nèi)隔室中。外部溶液中剩下的磁性粒子可通過(guò)在柱上處理該混合物而去除，從而去除未并入的磁性粒子。這些系統(tǒng)在MPI中將具有新的屬性。 本發(fā)明已在圖和前面的描述中詳細(xì)地說(shuō)明和描述，這些說(shuō)明和描述被認(rèn)為是說(shuō)明性或示范性而非限定性；本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例。在實(shí)踐所主張保護(hù)的發(fā)明中，通過(guò)對(duì)圖、公開(kāi)內(nèi)容和所附權(quán)利要求書(shū)的學(xué)習(xí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解和實(shí)施對(duì)所公開(kāi)實(shí)施例的變形。在權(quán)利要求中，單詞〃 包含〃 不排除其它元件和步驟，且不定冠詞〃 一〃 或〃 一個(gè)〃 不排除復(fù)數(shù)。單個(gè)處理器或其它單元可實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中敘述的數(shù)項(xiàng)的功能。在互相不同的從屬權(quán)利要求中描述特定措施這一事實(shí)并不表明不能有利地使用這些措施的組合。
權(quán)利要求
一種用于磁性粒子成像的磁性示蹤材料，包括多個(gè)以受控方式群聚而形成單獨(dú)實(shí)體的磁性粒子。
2. 如權(quán)利要求1所述的材料，其中該磁性粒子包括磁性材料，例如Fe、 Co、 Ni ;合成 物，例如諸如Fe203或Fe304的F 0y、或者例如Co、Ni、Zn或Mn:FexOy的摻雜材料；或者鐵氧 體材料。
3. 如權(quán)利要求1所述的材料，其中該磁性粒子具有約20-50nm的平均尺寸。
4. 如權(quán)利要求1所述的材料，其中該磁性粒子具有約5-10nm的平均尺寸，該磁性粒子 反過(guò)來(lái)相互作用形成具有約20-50nm等效尺寸的粒子。
5. 如權(quán)利要求1所述的材料，其中該單獨(dú)實(shí)體包括穩(wěn)定油滴、固態(tài)乳化粒子、脂質(zhì)體、 聚合物體或泡囊。
6. 如權(quán)利要求1所述的材料，其中群聚是位于例如細(xì)胞、紅血細(xì)胞、病毒等的天然形成 的生物體的內(nèi)部。
7. 如權(quán)利要求1所述的材料，其中該單獨(dú)實(shí)體具有直徑介于10到1000nm，優(yōu)選介于 100到200nm的平均尺寸。
8. —種用于制造在磁性粒子成像中使用的磁性示蹤材料的方法，包括下述步驟 將磁性粒子分散于空間分隔的介質(zhì)內(nèi)，以及 以受控方式群聚多個(gè)磁性粒子以形成單獨(dú)實(shí)體。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該磁性粒子包括磁性材料，例如Fe、 Co、 Ni ;合成 物，例如諸如Fe203或Fe304的Fe,Oy、或者例如Co、 Ni、 Zn或Mn:FexOy的摻雜材料。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該磁性粒子用疏水表面涂層包覆。
11. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該磁性粒子分散于有機(jī)溶劑，優(yōu)選地疏水性有機(jī) 溶劑，例如甲苯、庚烷或CH2C12。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中受控?cái)?shù)量的磁性粒子進(jìn)一步分散于例如紅花油或 罌粟籽油或(部分)氟化油的疏水油。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括制備分散于含水的疏水油中的磁性粒子的 乳液，優(yōu)選使用乳化劑例如脂質(zhì)、嵌段聚合物、泊洛沙姆、或其它合適的聚合物，使得群聚磁 性粒子的單獨(dú)實(shí)體以包含受控?cái)?shù)量磁性粒子的穩(wěn)定油滴的形式形成于該乳液中。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中使用具有高于體溫，優(yōu)選高于50°C的熔點(diǎn)的油，使 得該穩(wěn)定油滴在低于油的熔點(diǎn)的溫度形成固態(tài)乳化粒子。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中該固態(tài)乳化粒子通過(guò)下述被進(jìn)一步加工將懸浮 于介質(zhì)中的該固態(tài)乳化粒子加熱高于油的熔點(diǎn)，使懸浮液受外部磁場(chǎng)，以及再次冷卻懸浮 液以保存磁屬性。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括優(yōu)選地通過(guò)冷凍干燥該乳液來(lái)去除油的步 驟，從而形成穩(wěn)定在聚合物殼中的群聚磁性粒子。
17. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中該磁性粒子分散于CH2C12中并與包含脂質(zhì)或雙親 聚合物的溶液混合，所述混合物進(jìn)一步處理以形成具有由疏水膜隔離的水的內(nèi)部體積的脂 質(zhì)體、聚合物體或泡囊形式的群聚磁性粒子的單獨(dú)實(shí)體，其中該磁性粒子受控排列于該疏 水膜中。
18. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中優(yōu)選親水的該磁性粒子與包含脂質(zhì)或雙親聚合物的溶液混合，所述混合物進(jìn)一步處理以形成具有由疏水膜隔離的水的內(nèi)部體積的脂質(zhì)體、 聚合物體或泡囊形式的群聚磁性粒子的單獨(dú)實(shí)體，其中該磁性粒子受控排列于該內(nèi)部體積 中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于磁性粒子成像的磁性示蹤材料及其制造方法。該磁性示蹤材料包括成簇的多個(gè)磁性粒子，這些磁性粒子以受控方式群聚以形成單獨(dú)的實(shí)體，例如，穩(wěn)定油滴、固態(tài)乳化粒子、脂質(zhì)體、聚合物體或泡囊、或者諸如細(xì)胞或病毒的天然形成的生物體。
文檔編號(hào)A61K49/18GK101790386SQ200880104584
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者D·馬科夫, H·M·B·博夫, H·格魯爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司