專利名稱：一種二氧化硅超聲成像造影材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲成像造影材料領(lǐng)域，具體為一種二氧化硅超聲成像造影材料的制 備方法。
背景技術(shù)：
超聲造影是超聲技術(shù)繼二維灰階超聲、彩色多普勒超聲之后的第三次革命，它是 利用外界物質(zhì)注入體腔、管道或血管內(nèi)，根據(jù)注入物與組織間回聲的不同或者聲特性阻抗 間的顯著差別，從而增強(qiáng)對(duì)臟器或者病變的顯示。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的延伸和發(fā)展以及 分子影像技術(shù)的發(fā)展和超聲成像儀器性能的改進(jìn)，超聲造影技術(shù)以能有效的增強(qiáng)各個(gè)臟器 的二維超聲成像，反映正常組織和病變組織不同的血流灌注、造影劑分布和影像動(dòng)態(tài)變化 情況，在病變?cè)\斷和鑒別方面的優(yōu)越性越來(lái)越為人們所廣泛關(guān)注。第一代微泡造影劑選用自由氣體，如空氣、氮?dú)獾?，由于在血液循環(huán)中持續(xù)時(shí)間極 短、微泡大小不一、不能通過(guò)肺循環(huán)等缺點(diǎn)，未能在臨床廣泛應(yīng)用；第二代微泡造影劑則在 微泡外周包裹上蛋白質(zhì)或者脂質(zhì)體等外殼成分或者穩(wěn)定劑，比較具有代表性的為Albimex 和Levovist ；第三代微泡造影劑則在彈性外殼的韌性及采用的低彌散度大分子量的氣體 成分等方面做了很大的改進(jìn)，采用的氣體為己烷、全氟丙烷、六氟化硫等，外殼成分為聚合 物，如聚乙烯乙二醇、聚氰基丙烯酸酯等，此類造影劑主要有Ecogen、Optison、Sonoveue寸。但是，這些采用有機(jī)小分子或者聚合物進(jìn)行組裝而成的微泡，其粒徑不均一，難以 控制得到均一的形態(tài)；在超聲波的作用下，這種柔性囊泡極易破裂，導(dǎo)致成像時(shí)間短，無(wú)法 長(zhǎng)期跟蹤觀察病變組織。此外，功能化的脂質(zhì)體或者聚合物的價(jià)格昂貴。而最近所報(bào)道的 納米級(jí)微泡除了存在以上問(wèn)題外，在血液循環(huán)中的耐壓性和穩(wěn)定性還不夠理想，且其形成 的納米空腔體積不夠大，造成回聲特性較差，增強(qiáng)效果不明顯。多孔二氧化硅納米材料被廣泛認(rèn)為具有良好的生物相容性、化學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定 性，具有較大的比表面積，孔徑可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)；而且在其孔道和表面利用功能化的硅源極易得 到修飾有氨基、羧基或者巰基等活性官能團(tuán)，能夠進(jìn)一步與藥物或者發(fā)光物質(zhì)等相結(jié)合，得 到多功能的納米材料。另外，利用相反電荷吸附凝聚法、層層自組裝模板法等方法制得中空 的SiO2微球的技術(shù)不斷研究發(fā)展。但是，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)二氧化硅微球的研究主要在藥物或 者DNA的運(yùn)輸以及藥物的釋放等方面，而在超聲成像領(lǐng)域的應(yīng)用研究鮮見(jiàn)報(bào)道，因而有待 于我們對(duì)其進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化硅超聲成像造影材料的制備方法。本發(fā)明的新型S^2超聲成像造影劑材料是通過(guò)以下方法制得利用硬模板，在水 醇體系中，水解非功能化硅源和帶有氨基的功能化硅源，從而得到表面帶氨基的硅球，萃 取除去硬模板，得到粒徑非常均一中空的表面帶氨基的SW2球；再通過(guò)其表面的氨基與聚乙二醇(PEG)羧基相偶合進(jìn)行表面修飾，便可以在其表面修飾上生物相容性很好的聚乙二 醇，得到分散性和生物相容性很好，具有宜的空腔尺寸和殼層厚度，可適用于超聲成像的 SiO2超聲成像造影材料。步驟包括(1)將硬模板分散于水和醇的混合液中，加入非功能化硅源和帶有氨基的功能化 硅源，兩者的重量比為8 20 1，用氨水調(diào)節(jié)PH至8 10，攪拌水解，取沉淀得到表面帶 氨基的SiO2微球；所述的醇優(yōu)選為異丙醇；所述的非功能化硅源為正硅酸四乙酯、四甲氧 基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷，優(yōu)選為正硅酸四乙酯；所述的帶有氨基的功能化硅源功能 化硅源為3-氨基丙基硅烷、Y -氨基丙基三乙氧基硅烷或3-巰基丙基三甲氧基硅烷，優(yōu)選 為3-氨基丙基硅烷；所述的硬模板為表面帶正電荷的聚合物小球，粒徑為IOOnm 1. 2 μ m，可選用聚 苯乙烯(PQ微球、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)微球或聚酰胺-胺(PAMAM)微球；(2)萃取除去硬模板，得到表面帶氨基的中空S^2微球；述萃取除去硬模板的方法為將表面帶氨基的SiO2微球分散在四氫呋喃中，15 60°C下萃取8 10小時(shí)；表面帶氨基的SW2微球與四氫呋喃用量比為0. 5 ang/ml ；(3)將聚乙二醇溶解在有機(jī)溶劑中，加入縮合劑和連接劑，攪拌1 池！·，活化羧 基，再加入表面帶氨基的中空SiA微球，攪拌6 10hr，洗滌取沉淀；氨基與聚乙二醇的摩爾比為1 0.8 1.2;有機(jī)溶劑可選用二甲基亞砜?？s合劑與連接劑的摩爾比為1 1 3;縮合劑選自1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙 基碳二亞胺(EDC)或 N，N，- 二環(huán)己基碳二亞胺(DCC，Dicyclohexylcarbodiimide)；連接劑 選自N-羥基丁二酰亞胺(NHS)。該方法中，先用硬模板，在水和體系中水解硅源，在制備表面帶氨基的中空SiO2微 球時(shí)以聚苯乙烯微球?yàn)槟０澹谒彤惐俭w系中水解硅源，再通過(guò)萃取去除模板，得到中 空的SiO2微球；然后在常溫下將PEG的羧基充分活化，連接到由此方法得到的S^2微球粒 徑均一，分散性好，水溶性好。且所用原料具有低毒或無(wú)毒，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所選用的表面修飾材料為聚乙二醇，其為公認(rèn)的生物相容性好的生物大分 子，其價(jià)格適宜，無(wú)毒，常被用于生物醫(yī)藥研究中，是一種非常優(yōu)良的生物有機(jī)大分子。該方法中，制備聚乙二醇修飾的SiO2微球時(shí)，采用的是在常溫活化羧基，再與氨基 反應(yīng)的方法。由于該實(shí)驗(yàn)必須將羧基活化充分，才可讓其與氨基充分完全的反應(yīng)，所以活化 羧基一步很重要。本發(fā)明制得SiA納米微球，粒徑均一，平均粒徑為960nm，殼層厚度適宜，為30 50nm,分散性好，具有適宜的空腔尺寸，適用于超聲成像，這種材料常溫下非常穩(wěn)定，且生物 相容性非常好。本發(fā)明在簡(jiǎn)單及普通的實(shí)驗(yàn)裝置條件下，即可制備分散性好、粒徑均勻、空腔適 宜、殼層恰當(dāng)?shù)闹锌占{米微球。反應(yīng)時(shí)間短，所需原材料易得，價(jià)格低廉，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，副 產(chǎn)物無(wú)公害。該發(fā)明為納米超聲成像造影劑材料的合成制備提供了一種經(jīng)濟(jì)與實(shí)用的新方 法。


圖1為實(shí)施例1所制備的SiP2中空微球的透射電鏡圖。圖2為實(shí)施例1所制備的S^2中空微球的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖。圖3為實(shí)施例1所制備的SiO2中空微球的紅外光譜圖。紅外譜圖，從圖上看， 3443CHT1處為N-H的伸縮振動(dòng)特征峰，2918CHT1為C-H的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)特征峰，2845CHT1 為C-H的對(duì)稱伸縮振動(dòng)特征峰，1640cm"1為N-H的面內(nèi)伸縮振動(dòng)特征峰，1068cm"1為Si-O-Si 的伸縮振動(dòng)特征峰，465cm—1為Si-O的伸縮振動(dòng)特征峰。由此可知，實(shí)施例1所制備的微球 為表面帶氨基的SiO2微球。圖4為實(shí)施例3所制備的S^2超聲成像造影劑材料的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖，由圖可 以看出，經(jīng)修飾后其形態(tài)幾乎未發(fā)生明顯變化。圖5為實(shí)施例3所制備的SW2超聲成像造影劑材料的紅外光譜圖。從圖上看， 3445CHT1處為N-H的伸縮振動(dòng)特征峰，2918CHT1為C-H的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)特征峰，2845CHT1 為C-H的對(duì)稱伸縮振動(dòng)特征峰，1640cm"1為N-H的面內(nèi)伸縮振動(dòng)特征峰，1070cm"1為Si-O-Si 的伸縮振動(dòng)特征峰以及聚乙二醇中C-O-C的伸縮振動(dòng)特征峰，465CHT1為Si-O的伸縮振動(dòng) 特征峰。由此可知，實(shí)施例2所制備的SW2中空微球表面成功修飾上了聚乙二醇。圖6為實(shí)施例3所制備的S^2超聲成像造影劑材料的kta電位圖，左圖(A)和 右圖(B)分別為實(shí)施例2所制備SiO2中空微球和實(shí)施例3包裹了 PEG的S^2超聲成像造 影劑材料kta電位圖。修飾前的S^2微球所帶電荷為29. 4mV，經(jīng)修飾聚乙二醇后其表面 電荷為22. 2，進(jìn)一步說(shuō)明聚乙二醇成功修飾在了 S^2中空微球表面。圖7為實(shí)施例3所制備的S^2在造影條件下的體外超聲成像圖，由圖可以看出所 制備的S^2超聲成像造影劑材料可以在體外明顯增強(qiáng)超聲成像的對(duì)比度。圖8為實(shí)施例3所制備的S^2超聲成像造影劑材料在體外的二維灰階超聲成像 圖。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解發(fā)明的實(shí)質(zhì)，下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，但本 發(fā)明的內(nèi)容并不局限于此。聚苯乙烯微球也可用聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)微球或 聚酰胺-胺(PAMAM)微球代替；正硅酸四乙酯可用四甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷代 替，或者3-氨基丙基硅烷用Y -氨基丙基三乙氧基硅烷或3-巰基丙基三甲氧基硅烷代替， 效果相同。實(shí)施例1量取0. 25mL的商用聚苯乙烯微球(粒徑為1 μ m) (5%，wt/v)，加入7mL蒸餾水， 30mL的異丙醇，0. Iml正硅酸四乙酯(TEOS) (93mg),0. OlmL的3-氨基丙基硅烷(9. 5mg)和 0. 2mL (質(zhì)量濃度為25%- %)氨水將pH值調(diào)整為8 10，常溫?cái)嚢?h，離心，洗滌便可 以得到表面帶氨基的SiO2微球。取50mg上述表面帶氨基的SW2微球，分散在30mL四氫呋喃溶液中，25°C下萃取 8 10h，除去聚苯乙烯微球硬模板，得到表面帶氨基的SiA空心微球。通過(guò)氨基密度測(cè)試得到其氨基密度為8. 65*10_4mol/g。投射電鏡圖如圖1 ；場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖如圖2 ；紅外光譜圖如圖3，從圖上看，3443CHT1處為N-H的伸縮振動(dòng)特征峰，2918CHT1為C-H的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)特征峰，2845CHT1 為C-H的對(duì)稱伸縮振動(dòng)特征峰，1640cm"1為N-H的面內(nèi)伸縮振動(dòng)特征峰，1068cm"1為Si-O-Si 的伸縮振動(dòng)特征峰，465cm—1為Si-O的伸縮振動(dòng)特征峰。由此可知，實(shí)施例1所制備的微球 為表面帶氨基的S^2中空微球。實(shí)施例2正硅酸四乙酯(TEOS)的用量為0. 2ml (186mg)，其余同實(shí)施例1。經(jīng)紅外光譜、投 射電鏡和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡檢測(cè)，所制備的微球?yàn)楸砻鎺О被腟^2中空微球。通過(guò)氨基密 度測(cè)試得到其氨基密度為4. 85*10-4mol/g。實(shí)施例3取6mg(3. 46*l(T5mol) PEG2000，溶解在 20mL 的二甲基亞砜(DMSO)中，按照 PEG EDC NHS = 1 1 2. 5 的摩爾比加入 EDC (5mg)和 NHS (IOmg)，攪拌 1 3h，用以
活化羧基。加入40mg實(shí)施例1所合成的表面帶氨基的SW2中空微球(其表面氨基與PEG羧 基的摩爾比為1 1)，室溫緩慢攪拌6-10h，洗滌、離心，冷凍干燥，即可得到生物相容性非 常好的，表面修飾上聚乙二醇的中空SiO2微球，以用于超聲成像中。粒徑均一，平均粒徑為 960nm,殼層厚度適宜，為30 50nm。場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖如圖4，可以看出，經(jīng)修飾后其形態(tài)幾乎未發(fā)生明顯變化。紅外光譜圖如圖5。從圖上看，3445cm—1處為N-H的伸縮振動(dòng)特征峰，2918CHT1為 C-H的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)特征峰，2845CHT1為C-H的對(duì)稱伸縮振動(dòng)特征峰，1640cm"1為N-H的 面內(nèi)伸縮振動(dòng)特征峰，1070cm-1為Si-O-Si的伸縮振動(dòng)特征峰以及聚乙二醇中C-O-C的伸 縮振動(dòng)特征峰，465cm—1為Si-O的伸縮振動(dòng)特征峰。由此可知，實(shí)施例2所制備的S^2中空 微球表面成功修飾上了聚乙二醇。Zeta電位圖如圖6，左圖㈧和右圖⑶分別為實(shí)施例2所制備S^2中空微球和 實(shí)施例3包裹了 PEG的SW2超聲成像造影劑材料^ta電位圖。修飾前的SW2微球所帶 電荷為29. 4mV，經(jīng)修飾聚乙二醇后其表面電荷為22. 2，進(jìn)一步說(shuō)明聚乙二醇成功修飾在了 SiO2中空微球表面。在造影條件下的體外超聲成像圖如圖7，由圖可以看出所制備的S^2微球可以在 體外明顯增強(qiáng)超聲成像的對(duì)比度。在體外的二維灰階超聲成像圖如圖8。實(shí)施例4取6mg(3. 46*l(T5mol) PEG2000，溶解在 20mL 的二甲基亞砜(DMSO)中，按照 PEG EDC NHS = 1 1 2. 5 的摩爾比加入 EDC (5mg)和 NHS (IOmg)，攪拌 1 3h，用以
活化羧基。加入71mg實(shí)施例3所合成的表面帶氨基的SW2中空微球(其表面氨基與PEG羧 基的摩爾比為1 1)，其余步驟同實(shí)施例3。結(jié)果顯示，得到表面修飾上聚乙二醇的中空SiO2微球，可用于超聲成像中。粒徑 均一，平均粒徑為960nm，殼層厚度適宜，為30 50nm。
權(quán)利要求
1.一種二氧化硅超聲成像造影材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將硬模板分散于水和醇的混合液中，加入非功能化硅源和帶有氨基的功能化硅源， 兩者的重量比為8 20 1，用氨水調(diào)節(jié)PH至8 10，攪拌水解，取沉淀得到表面帶氨基 的SW2微球；所述的硬模板為表面帶正電荷的聚合物小球，粒徑為IOOnm 1. 2 μ m ；(2)萃取除去硬模板，得到表面帶氨基的中空S^2微球；(3)將聚乙二醇溶解在有機(jī)溶劑中，加入縮合劑和連接劑，攪拌1 :3hr，活化羧基，再 加入表面帶氨基的中空S^2微球，攪拌6 10hr，洗滌取沉淀；氨基與聚乙二醇的摩爾比為1 0.8 1.2;縮合劑與連接劑的摩爾比為1 1 3。
2.權(quán)利要求1所述二氧化硅超聲成像造影材料的制備方法，其特征在于，所述硬模板 為聚苯乙烯微球、聚乳酸-羥基乙酸共聚物微球或聚酰胺-胺微球。
3.權(quán)利要求1所述二氧化硅超聲成像造影材料的制備方法，其特征在于，步驟C3)所述 有機(jī)溶劑為二甲基亞砜。
4.權(quán)利要求1所述二氧化硅超聲成像造影材料的制備方法，其特征在于，步驟C3)所述 縮合劑選自1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺或N，N, -二環(huán)己基碳二亞胺；連接劑 選自N-羥基丁二酰亞胺。
5.權(quán)利要求1所述二氧化硅超聲成像造影材料的制備方法，其特征在于，步驟( 所述 萃取除去硬模板的方法為將表面帶氨基的SiO2微球分散在四氫呋喃中，15 60°C下萃取 8 10小時(shí)。
6.權(quán)利要求5所述二氧化硅超聲成像造影材料的制備方法，其特征在于，所述表面帶 氨基的SiA微球與四氫呋喃用量比為ο. 5 2mg/ml。
7.權(quán)利要求1所述二氧化硅超聲成像造影材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述 的醇為異丙醇。
8.權(quán)利要求1所述二氧化硅超聲成像造影材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述 的非功能化硅源為正硅酸四乙酯、四甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。
9.權(quán)利要求1所述二氧化硅超聲成像造影材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述 的帶有氨基的功能化硅源為3-氨基丙基硅烷、Y -氨基丙基三乙氧基硅烷或3-巰基丙基 三甲氧基硅烷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氧化硅超聲成像造影材料的制備方法，利用硬模板，在水醇體系中，水解非功能化硅源和帶有氨基的功能化硅源，從而得到表面帶氨基的硅球，萃取除去硬模板，得到粒徑非常均一中空的表面帶氨基的SiO2球；再通過(guò)其表面的氨基與聚乙二醇(PEG)羧基相偶合進(jìn)行表面修飾，便可以在其表面修飾上生物相容性很好的聚乙二醇，得到分散性和生物相容性很好，具有宜的空腔尺寸和殼層厚度，可適用于超聲成像的SiO2超聲成像造影材料。
文檔編號(hào)A61K49/22GK102068706SQ20101061391
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者劉國(guó)華, 周宏 , 李雪健, 楊仕平, 楊紅, 胡鶴 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)