專利名稱：一種SiO₂空心球超聲成像造影劑材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域，具體涉及一種S^2空心球超聲成像造影劑材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
超聲成像是利用超聲的物理特性和人體器官組織聲學(xué)性質(zhì)上的差異，以波形、曲線或圖像的形式顯示和記錄，借以進(jìn)行疾病診斷的檢查方法。由于其具有成像和診斷安全及時，對人體無創(chuàng)傷，價格低廉，輕便快捷，運(yùn)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)而具有重要的研究價值。目前在臨床上應(yīng)用已普及，是醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的重要組成部分。然而不同生物組織之間回波信號的不同常常會妨礙診斷的準(zhǔn)確性，且與其他造影技術(shù)相比，對比度較低。為了克服這個缺陷， 目前研究者通常采用加入超聲成像造影劑的方法得到特定組織的準(zhǔn)確信息，所使用的超聲造影劑多為由兩親性有機(jī)小分子或者聚合物組裝而成的微泡。超聲造影劑主要成分為微泡，其由兩部分組成一是由糖類、脂質(zhì)體、蛋白質(zhì)或者多聚化合物構(gòu)成的外殼，二是由氣體(如CO2、全氟碳、SFf^n空氣等)構(gòu)成的核心。它的基本性質(zhì)就是能夠增強(qiáng)組織的回波能力，可以在成像中提高圖像的清晰度和對比度，從而提高對疾病檢測的靈敏度。目前報道最多的納米級造影劑是納米氟烷乳劑，核心是氟烷液體， 外層為脂質(zhì)可連接配體，制成靶向納米氟烷乳劑；另外一種是含有全氟丙烷氣體的納米微泡造影劑，由于其內(nèi)部包裹為氣體，故其背向散射回聲較其它類型的納米級造影劑相對較強(qiáng)。目前使用的超聲造影劑多為由兩親性有機(jī)小分子或者聚合物組裝而成的微泡。 這種囊泡存在很多問題，比如粒徑難以控制；在超聲波的作用下極易破裂，成像時間短，無法長期跟蹤觀察病變組織；且其在血液循環(huán)中的耐壓性和穩(wěn)定性也不夠理想；回聲特性較差，增強(qiáng)效果不明顯。此外，功能化的脂質(zhì)體或者聚合物的價格昂貴。因此如何構(gòu)筑高效、 穿透力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、顯像效果好的理想超聲造影劑仍是目前研究的難點(diǎn)。無機(jī)SW2材料具有很好的生物相容性和機(jī)械穩(wěn)定性，較大的比表面積且孔徑可調(diào)，其表面可以很容易的修飾上氨基、巰基和羧基等官能團(tuán)，便于與其它的生物活性分子相連接，得到多功能的納米材料。目前SiO2微球的研究主要在藥物運(yùn)輸以及藥物釋放等方面， 而將其應(yīng)用于超聲成像造影劑卻很少見，特別是從納米到微米級的不同粒徑SiA空心球作為超聲成像造影劑至今未見報道，因而有待于進(jìn)一步研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不同粒徑的SiO2空心球超聲造影劑材料及其制備方法，并將其應(yīng)用于體外和體內(nèi)超聲成像。本發(fā)明的SiA空心球超聲成像造影劑材料，其制備包括以下步驟(1)以直徑在100 2000nm之間且粒徑均一的聚苯乙烯(PQ微球、聚乳酸-羥基乙酸共聚物微球或聚酰胺-胺微球?yàn)槟０宸稚⒂谝掖贾?，升溫?0 70°C，加入無機(jī)硅源，水解10 30min，然后加入氨水調(diào)節(jié)pH值至8 10，反應(yīng)30 60min，再加入帶有氨基的有機(jī)硅源反應(yīng)10 12h，取沉淀得到表面帶氨基的核殼結(jié)構(gòu)微球；(2)在60 120°C條件下萃取8 IOh去除模板，得到表面帶氨基的SW2空心球；(3)將表面帶氨基的SW2空心球加入經(jīng)活化羧基步驟的聚乙二醇(PEG)的二甲基亞砜或者N，N- 二甲基甲酰胺溶液中反應(yīng)6 10h，取沉淀即得SW2空心球超聲成像造影劑。由于聚乙二醇是一個很好的親水基團(tuán)，因此得到的SiA空心球具有很好的水溶性和分散性。步驟(1)中微球模板在乙醇分散液中的固含量為0. 5wt% Iwt%。步驟(1)所述的無機(jī)硅源為正硅酸乙酯或四甲氧基硅烷。步驟(1)中微球模板與無機(jī)硅源的質(zhì)量比為0. 5 1 1。步驟(1)所述的帶有氨基的有機(jī)硅源為3-氨基丙基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、 Y -氨基丙基三乙氧基硅烷或3-巰基丙基三甲氧基硅烷。步驟(1)中無機(jī)硅源與帶有氨基的有機(jī)硅源的質(zhì)量比為8 20 1。步驟O)中優(yōu)用THF萃取去除模板，所述表面帶氨基的核殼結(jié)構(gòu)微球與THF用量比為 0. 5 2mg/mL。步驟(3)所述活化羧基步驟為將PEG溶解在二甲基亞砜(DMSO)中，按照 PEG EDC NHS = 1 1 1 3的摩爾比加入EDC和sulfo-NHS，攪拌活化羧基4 5h。步驟(3)中氨基與羧基的摩爾比為1 0. 8 1. 2。按照上述技術(shù)方案所得到的SW2空心球超聲成像造影劑，包括SW2空心球，所述 SiO2空心球?yàn)橹锌涨蛐谓Y(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為100 2000nm，殼層厚度為10 50nm，所述二氧化硅空心球上帶有氨基并通過氨基與PEG相偶合。本發(fā)明所得到的S^2空心球超聲成像造影劑常溫下非常穩(wěn)定，生物相容性非常好，在空腔內(nèi)充入惰性氣體后可應(yīng)用于體內(nèi)和體外的超聲成像。本發(fā)明所需的原材料易得，價格低廉，所選用的表面修飾材料為聚乙二醇，其價格適宜，無毒，生物相容性好，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。 該發(fā)明為超聲成像造影劑的合成提供了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新方法，該方法操作過程簡單，設(shè)備要求低，所得到的不同粒徑的S^2空心球分散性好、粒徑均勻、表面光滑、空腔尺寸適宜、 殼層厚度均勻可控。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的帶氨基的S^2空心球超聲成像造影劑的紅外光譜圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的直徑IOOnmSiO2空心球超聲成像造影劑的透射電鏡圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的直徑IOOnmSiO2空心球超聲成像造影劑在造影條件下的體外超聲成像圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的直徑200nmSiO2空心球超聲成像造影劑的透射電
4鏡圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備的直徑200nm SiO2空心球超聲成像造影劑在造影條件下的體外超聲成像圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例3制備的直徑400nm SiO2空心球超聲成像造影劑的透射電鏡圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例3制備的直徑400nm SiO2空心球超聲成像造影劑在造影條件下的體外超聲成像圖。圖8為沒有加入S^2空心球超聲成像造影劑時肝臟的體內(nèi)超聲成像圖。圖9為本發(fā)明實(shí)施例3制備的直徑400nm SiO2空心球超聲成像造影劑在造影條件下的肝臟的體內(nèi)超聲成像圖。圖10為本發(fā)明實(shí)施例4制備的直徑1. 5 μ m SiO2空心球超聲成像造影劑的透射電鏡圖。圖11為本發(fā)明實(shí)施例4制備的直徑1. 5 μ m SiO2空心球超聲成像造影劑在造影條件下的體外超聲成像圖。圖12為未加造影劑的生理鹽水溶液在造影條件下的體外超聲成像圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。這些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。實(shí)施例1 取5g固含量為7%的直徑IOOnm的PS微球的無水乙醇分散液加入到40mL無水乙醇中，緩慢磁力攪拌并升溫至50°C，待溫度穩(wěn)定后，加入0. 5g正硅酸四乙酯(TEOS)水解 IOmin,再加入5mL濃度為37 %的氨水，調(diào)節(jié)pH至8 10，繼續(xù)反應(yīng)30min，加入0. Ig3_氨基丙基硅烷(APS)，反應(yīng)12h ；將得到的產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇各離心洗滌兩次，冷凍干燥，即得到表面帶氨基的核殼結(jié)構(gòu)PSfgS^2微球。取40mg的表面帶氨基的核殼結(jié)構(gòu)微球溶于40mL的四氫呋喃中，置于50mL 反應(yīng)釜中，在120°C下反應(yīng)他。用蒸餾水和無水乙醇各離心洗滌兩次，冷凍干燥，即得到表面帶氨基的S^2空心球。圖2為所得到的帶氨基的SW2空心球的紅外光譜圖。從圖上看，3435cm-1處為N-H 的伸縮振動特征峰，2976CHT1為C-H的不對稱伸縮振動特征峰，288 !^1為C-H的對稱伸縮振動特征峰，1632cm-1為N-H的面內(nèi)伸縮振動特征峰，1086^1為Si-O-Si的伸縮振動特征峰，807CHT1和466CHT1為Si-O的伸縮振動特征峰。由此可知，所制備的微球?yàn)楸砻鎺О被腟iO2微球。用Fmoc-Cl法測試帶氨基的S^2空心球的氨基密度，測得S^2微球的表面氨基密度。將分子量2000的聚乙二醇20mg(l*I(T2Himol)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 2mg(l*l(T2mmol) 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和;3mg(2. 5*l(T2mm0l) N-羥基琥珀酰亞胺(sulfo-NHS)， 攪拌4h活化羧基。按照氨基與羧基的摩爾比為1 1的比例加入表面帶氨基的SiO2空心球，室溫緩慢攪拌10h，使反應(yīng)充分進(jìn)行。用蒸餾水和無水乙醇各離心洗滌兩次，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SW2空心球。其透射電鏡圖如圖2 所示，從圖中可以看出，SiO2空心球尺寸均一，粒徑約為lOOnm，具有較大的空腔，分散性良好，殼層厚度約為20nm。該圖由JEOL JEM-2100透射電子顯微鏡測試得到的。將其用于體外超聲成像，效果如圖3所示，從圖中可以看出，所制備的S^2空心球在體外可明顯增強(qiáng)超聲成像的對比度，顯示出明顯的超聲成像效果，說明S^2空心球可以作為超聲成像造影劑。實(shí)施例2 取5g固含量約為8%的直徑200nm的PS微球的乙醇分散液加入到40mL無水乙醇中，緩慢磁力攪拌并升溫至60°C。待溫度穩(wěn)定后，加入0.4g正硅酸四乙酯(TE0Q水解 IOmin,再加入5mL濃度為37 %的氨水，調(diào)節(jié)pH至8 10，繼續(xù)反應(yīng)30min，加入0. 05g 3-氨基丙基硅烷(APS)，反應(yīng)12h。將得到的產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇各離心洗滌兩次，冷凍干燥，即得到表面帶氨基的核殼結(jié)構(gòu)PSfgS^2微球。取40mg的表面帶氨基的核殼結(jié)構(gòu)微球溶于50mL的四氫呋喃中，置于50mL 反應(yīng)釜中，在100°c下反應(yīng)10h。用蒸餾水和無水乙醇各離心洗滌兩次，冷凍干燥，即得到表面帶氨基的SiA空心球。用Fmoc-Cl法測試帶氨基的S^2空心球的氨基密度，測得S^2微球的表面氨基密度。將分子量2000的聚乙二醇40mg (2*I(T2Himol)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 4mg (2*l(T2mmol) 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和6mg(5*l(T2mm0l)N-羥基琥珀酰亞胺(sulfo-NHS)， 攪拌4h活化羧基。按照氨基與羧基的摩爾比為1 1的比例加入表面帶氨基的SiO2空心球，室溫緩慢攪拌6h，使反應(yīng)充分進(jìn)行。用蒸餾水和無水乙醇各離心洗滌兩次，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SW2空心球。其透射電鏡圖如圖4 所示。從圖中可以看出，SW2空心球尺寸均一，粒徑約為200nm，具有較大的空腔，分散性良好，殼層厚度約為10nm。將其用于體外超聲成像，效果如圖5所示，從圖中可以看出，SiO2空心球有明顯的增強(qiáng)造影作用。實(shí)施例3 取5g固含量為8%的直徑約400nm的PS微球的乙醇分散液加入到40mL無水乙醇中，緩慢磁力攪拌并升溫至50°C。待溫度穩(wěn)定后，加入0.4g正硅酸四乙酯(TE0Q水解 IOmin,再加入5mL濃度為37 %的氨水，調(diào)節(jié)pH至8 10，繼續(xù)反應(yīng)30min，加入0. 04g 3-氨基丙基硅烷(APS)，反應(yīng)12h。將得到的產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇各離心洗滌兩次，冷凍干燥，即得到表面帶氨基的核殼結(jié)構(gòu)PSfgS^2微球。 取40mg的表面帶氨基的核殼結(jié)構(gòu)PSOSiA微球溶于40mL的四氫呋喃中，置于50mL 反應(yīng)釜中，在100°C下反應(yīng)他。用蒸餾水和無水乙醇各離心洗滌兩次，冷凍干燥，即得到表面帶氨基的SiA空心球。
用Fmoc-Cl法測試帶氨基的S^2空心球的氨基密度，測得S^2微球的表面氨基密度。將分子量2000的聚乙二醇20mg( 1*1 (Γ2_ο 1)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 2mg(l*l(T2mmol) 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和;3mg(2. 5*l(T2mm0l) N-羥基琥珀酰亞胺(sulfo-NHS)， 攪拌4h活化羧基。按照氨基與羧基的摩爾比為1 1的比例加入表面帶氨基的SiO2空心球，室溫緩慢攪拌8h，使反應(yīng)充分進(jìn)行。用蒸餾水和無水乙醇各離心洗滌兩次，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SW2空心球。其透射電鏡圖如圖6所示。從圖中可以看出，SiO2空心球尺寸均一，粒徑約為 400nm，殼層厚度約為20nm。將其用于體外超聲成像，效果如圖7所示，從圖中可以看出，S^2空心球超聲成像造影效果非常好。圖8為沒有加入S^2空心球超聲成像造影劑時肝臟的體內(nèi)超聲成像圖。將本發(fā)明實(shí)施例3制備的直徑400nm SiO2空心球超聲成像造影劑用于體內(nèi)超聲成像，效果如圖9所示，虛線圈出的部分為SiO2空心球超聲成像造影劑。從圖中可以看出， SiO2空心球在體內(nèi)同樣具有明顯的增強(qiáng)造影作用。實(shí)施例4 取5g固含量為6%的直徑約1. 5 μ m的PS微球的乙醇分散液加入到40mL無水乙醇中，緩慢磁力攪拌并升溫至50°C。待溫度穩(wěn)定后，加入0.5g正硅酸四乙酯(TE0Q水解 IOmin,再加入5mL濃度為37 %的氨水，調(diào)節(jié)pH至8 10，繼續(xù)反應(yīng)30min，加入0. 05g 3-氨基丙基硅烷(APS)，反應(yīng)10h。將得到的產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇各離心洗滌兩次，冷凍干燥，即得到表面帶氨基的核殼結(jié)構(gòu)PSfgS^2微球。取40mg的表面帶氨基的核殼結(jié)構(gòu)PSOSiA微球溶于40mL的四氫呋喃中，置于50mL 反應(yīng)釜中，在100°C下反應(yīng)他。用蒸餾水和無水乙醇各離心洗滌兩次，冷凍干燥，即得到表面帶氨基的SiA空心球。用Fmoc-Cl法測試帶氨基的S^2空心球的氨基密度，測得S^2微球的表面氨基密度。將分子量2000的聚乙二醇40mg (2*I(T2Himol)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 4mg (2*l(T2mmol) 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和6mg(5*l(T2mm0l)N-羥基琥珀酰亞胺(sulfo-NHS)， 攪拌4h活化羧基。按照氨基與羧基的摩爾比為1 1的比例加入表面帶氨基的SiO2空心球，室溫緩慢攪拌10h，使反應(yīng)充分進(jìn)行。用蒸餾水和無水乙醇各離心洗滌兩次，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SW2空心球。其透射電鏡圖如圖9 所示。從圖中可以看出，SiO2空心球尺寸均一，粒徑約為1. 5 μ m，殼層厚度約為50nm。將其用于體外超聲成像，效果如圖11所示，從圖中可以看出，SiO2S心球有明顯的增強(qiáng)造影作用。圖12為本發(fā)明中未加造影劑的生理鹽水溶液在造影條件下的體外超聲成像圖。 由圖中可看出，生理鹽水在造影條件下是沒有超聲信號的。
權(quán)利要求
1.一種SiA空心球超聲成像造影劑，其特征在于，包括SW2空心球，所述二氧化硅空心球?yàn)橹锌涨蛐谓Y(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為100 2000nm，殼層厚度為10 50nm，所述二氧化硅空心球上帶有氨基并通過氨基與PEG相偶合。
2.權(quán)利要求1所述的S^2空心球超聲成像造影劑材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)以直徑在100 2000nm之間且粒徑均一的PS微球、聚乳酸-羥基乙酸共聚物微球或聚酰胺-胺微球?yàn)槟０宸稚⒂谝掖贾?，升溫?0 70°C，加入無機(jī)硅源，水解10 30min,然后加入氨水調(diào)節(jié)pH值至8 10，反應(yīng)30 60min，再加入帶有氨基的有機(jī)硅源反應(yīng)10 12h，取沉淀得到表面帶氨基的核殼結(jié)構(gòu)微球；(2)在60 120°C條件下萃取8 IOh去除模板，得到表面帶氨基的SW2空心球；(3)將表面帶氨基的SW2空心球加入經(jīng)活化羧基步驟的PEG的二甲基亞砜或者N，N-二甲基甲酰胺溶液中反應(yīng)6 10h，取沉淀即得S^2空心球超聲成像造影劑。
3.權(quán)利要求2所述SiO2超聲成像造影劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中模板在乙醇分散液中的固含量為0. 5wt% Iwt %。
4.權(quán)利要求2所述SiO2超聲成像造影劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的無機(jī)硅源為正硅酸乙酯或四甲氧基硅烷。
5.權(quán)利要求2所述SiO2超聲成像造影劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中微球模板在乙醇分散液中的固含量為0. 5wt% Iwt %。
6.權(quán)利要求2所述SiO2超聲成像造影劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的帶有氨基的有機(jī)硅源為3-氨基丙基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、Y -氨基丙基三乙氧基硅烷或3-巰基丙基三甲氧基硅烷。
7.權(quán)利要求2所述SiO2超聲成像造影劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中無機(jī)硅源與帶有氨基的有機(jī)硅源的質(zhì)量比為8 20 1。
8.權(quán)利要求2所述SiO2超聲成像造影劑的制備方法，其特征在于，步驟O)中用THF 萃取除去模板，所述表面帶氨基的核殼結(jié)構(gòu)微球與THF用量比為0. 5 ang/mL。
9.權(quán)利要求2所述SiO2超聲成像造影劑的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述活化羧基步驟為將PEG溶解在DMSO中，按照PEG EDC NHS = 1 1 1 3的摩爾比加入EDC和sulfo-NHS，攪拌活化羧基4 5h。
10.權(quán)利要求2所述SiO2超聲成像造影劑的制備方法，其特征在于，步驟C3)中氨基與羧基的摩爾比為1 0.8 1.2。
11.權(quán)利要求1所述S^2超聲成像造影劑用于體外和體內(nèi)的超聲成像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SiO2空心球超聲成像造影劑及其制備方法和應(yīng)用，所述的SiO2空心球超聲成像造影劑，包括SiO2空心球，所述SiO2空心球?yàn)橹锌涨蛐谓Y(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為100～2000nm，殼層厚度為10～50nm，所述SiO2空心球上帶有氨基并通過氨基與PEG相偶合。本發(fā)明所得到的SiO2空心球超聲成像造影劑分散性好、表面光滑、空腔尺寸適宜、殼層厚度均勻可控；本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置簡單，所需原材料易得，價格低廉，操作過程簡單，副產(chǎn)物無公害，為超聲成像造影劑的合成提供了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新方法。
文檔編號A61K49/22GK102380110SQ20111035842
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者代安濤, 安璐, 張崇琨, 楊仕平, 胡鶴, 黃國勝 申請人:上海師范大學(xué)