本發(fā)明涉及功能納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集T₁、T₂雙模式核磁成像及載藥性能為一體的多功能介孔碳小球及其制備方法。

背景技術(shù)：

復(fù)合功能納米材料，尤其是集臨床診斷與治療性能為一體的多功能材料在現(xiàn)代醫(yī)療及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域越來越受到人們的關(guān)注。診療結(jié)合手段可以在疾病早期提高治療效果?？梢杂迷\斷技術(shù)檢測疾病，同時(shí)將藥物傳送到病變部分，并即時(shí)檢測藥物的傳送與分布情況，因此可以更好的調(diào)控用藥劑量及治療手段，降低副反應(yīng)的發(fā)生。

核磁共振成像是目前少有的對(duì)人體沒有任何傷害的安全、快速、準(zhǔn)確的臨床診斷方法。為提高核磁成像的敏感性，檢測時(shí)需加入造影劑。造影劑分為兩種：順磁性的T₁加權(quán)造影劑，如釓的螯合物，GdPO₄、Gd₂O₃、MnO₂等；超順磁性T₂加權(quán)造影劑，如Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃等。目前，各種各樣的多孔材料作為載體用于負(fù)載核磁成像造影劑和藥物分子，從而將核磁成像與載藥特性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)診療一體目的。文獻(xiàn)報(bào)道較多的是單一模式（T₁加權(quán)造影劑或者T₂加權(quán)造影劑）成像與載藥特性結(jié)合的復(fù)合材料，如葡萄聚糖包裹的納米氧化鐵顆粒（Acc. Chem. Res. 2011, 44, 842–852）氧化錳/介孔氧化硅納米顆粒（Biomaterials 2012, 33, 2388–2398）、偶聯(lián)葉酸靶向的四氧化三鐵/介孔二氧化硅/硫化銅納米復(fù)合粒子（中國，105920601A，2016-09-07）。但是單一模式成像診斷技術(shù)存在一些缺點(diǎn)，如T₂加權(quán)核磁成像圖片為暗信號(hào)，容易與血液骨骼信號(hào)混淆，另外會(huì)出現(xiàn)磁敏感偽影。而將T₁、T₂加權(quán)造影劑結(jié)合的雙模式核磁成像造影劑可以避免單一模式的缺點(diǎn)，從而提供更加準(zhǔn)確，可信賴性強(qiáng)的診斷信息。因此，一種集T₁、T₂ 雙模式成像與載藥性能為一體的復(fù)合功能型材料具有更加廣泛的應(yīng)用前景及價(jià)值。

介孔碳小球是一類具有開放的孔道結(jié)構(gòu)，高比表面積，大小可調(diào)控的孔道多孔材料，由于自身是碳元素具有極好的生物兼容性，可以作為載體應(yīng)用到生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。小尺寸的碳小球可以通過細(xì)胞內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)對(duì)于藥物、基因、蛋白及成像制劑的傳送，在生物醫(yī)學(xué)和制藥領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種集T₁、T₂雙模式核磁成像及載藥性能為一體的多功能介孔碳小球及其制備方法，制備的多功能介孔碳小球體外實(shí)驗(yàn)顯示出良好的弛豫值和優(yōu)良負(fù)載抗癌藥鹽酸阿霉素性能，具有潛在的基礎(chǔ)臨床應(yīng)用和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究的前景。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體如下：

一種集T₁、T₂雙模式核磁成像及載藥性能為一體的多功能介孔碳小球，介孔碳小球直徑尺寸大小在50至300nm，介孔孔徑2~4nm，集成的T₁造影劑是順磁磷酸釓，集成的T₂造影劑是超順磁氧化鐵，所述的造影劑其顆粒高度均勻分散在介孔碳小球的碳骨架中，磷酸釓和氧化鐵的質(zhì)量含量是0.5%~25%，磷酸釓、磁氧化鐵的顆粒尺寸在1~10nm范圍內(nèi)。

上述多功能介孔碳小球的制備方法，具體步驟為：

步驟一：用水熱合成方法，制備酚醛樹脂/介孔造孔劑高分子小球，作為碳小球前驅(qū)體；

步驟二：通過溶液浸漬吸附的方法，負(fù)載鐵—釓簇核物于復(fù)合高分子小球中；

步驟三：將復(fù)合高分子小球經(jīng)惰性氣氛高溫焙燒，并進(jìn)行羧酸化處理，獲得具有順磁性T₁加權(quán)造影劑、超順磁性T₂加權(quán)造影劑和介孔孔徑的多功能介孔碳小球。

上述技術(shù)方案步驟一中，制備的酚醛樹脂/介孔造孔劑高分子小球時(shí)，所用原料為苯酚、甲醛、造孔劑、水，其用量摩爾比為1:（3~5）:（0.006~0.03）:（2000~5000），水熱反應(yīng)溫度為100~150℃，水熱反應(yīng)時(shí)間為24~36小時(shí)。

上述技術(shù)方案中步驟一中，所述介孔造孔劑是聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物，或其它兩親性嵌段共聚物。

上述技術(shù)方案步驟二中，所選的鐵—釓簇核物分子通式為：

[Fe^III₆Gd^III₆(μ₃-O)₂(CO₃)(O₂C^tBu)₁₈(O₃PR)₆]，分子量為3000~5000，有特征性結(jié)構(gòu)。

上述技術(shù)方案步驟二中，將鐵—釓簇核物和酚醛樹脂/造孔劑高分子小球加入到溶劑中進(jìn)行超聲，所述的酚醛樹脂/造孔劑高分子小球和鐵—釓簇核物的用量比為20mg:（3~18）mg，所述的溶劑選用乙醇、乙酸乙酯、四氫呋喃，乙醚中的至少一種，超聲時(shí)間為0.5~12小時(shí)，超聲結(jié)束后將混合液在一定溫度下攪拌蒸干，蒸干溫度為25~50℃。

上述技術(shù)方案步驟三中，惰性氣氛為氮?dú)饣蛘叩赩III族氣體中至少一種，碳化溫度為600 ~900℃，碳化時(shí)間為1~6小時(shí)；表面羧酸化方式為空氣氛下200~400℃下處理0.5~2小時(shí)。

本發(fā)明提供一種根據(jù)所述功能化碳小球的制備方法制備的功能化碳小球的體外T₁、T₂雙模式核磁成像和載藥的研究。

所述功能化碳小球可用作T₁、T₂雙模式核磁成像造影劑，并且具有負(fù)載抗癌藥物鹽酸阿霉素的功能。

本發(fā)明方法是在介孔碳小球前驅(qū)體中引入一種特殊的鐵—釓金屬簇合物，然后經(jīng)一步原位碳化得磷酸釓和氧化鐵負(fù)載的功能化介孔碳小球。該復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了T₁、T₂雙模式造影功能與載藥功能的集成，在臨床和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究中具有廣泛應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的功能化介孔碳小球的透射電鏡圖。介孔碳小球190nm左右，金屬化合物均一分散在碳小球上，粒徑大約4nm。

圖2為實(shí)施例2制備的功能化介孔碳小球的透射電鏡圖。介孔碳小球120nm左右，金屬化合物均一分散在碳小球上，粒徑大約3nm。

圖3為實(shí)施例3制備的功能化介孔碳小球的透射電鏡圖。介孔碳小球190nm左右，金屬化合物均一分散在碳小球上，粒徑大約5nm。

圖4為實(shí)施例4功能化介孔碳小球在鹽酸阿霉素溶液（1 mg ml^–1）中浸漬次數(shù)與其對(duì)鹽酸阿霉素吸附量的關(guān)系曲線。功能化介孔碳小球載藥量為132 mg g^–1，載藥含量滿足臨床治療和研究的要求。

圖5為實(shí)施例5功能化介孔碳小球的體外核磁成像圖（a）及弛豫率r₁、r₂值（b）。弛豫率r₁、r₂分別為8.2 and 94.3 mM^-1 s^-1，能夠滿足醫(yī)學(xué)核磁成像診斷和研究的要求。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。

實(shí)施例1

（1）介孔碳小球前驅(qū)體（酚醛樹脂/F127）的制備：0.6 g苯酚先于45℃水浴中融化，再加入15 mL濃度為0.1 M的氫氧化鈉溶液，攪拌10 min。接著加入2.1 mL濃度為37 wt%的甲醛溶液,上述混合物升溫至70℃,攪拌0.5小時(shí),得低分子量的酚醛樹脂。另稱量0.96 g F127溶于15 mL水中,完全溶解后緩慢倒入上溶液?；旌先芤涸?6℃下攪拌2小時(shí),之后再加入50 ml水稀釋該混合溶液，混合溶液以約340 rpm的速率攪拌16–18小時(shí)。反應(yīng)過程中溶液顏色會(huì)從無色到粉紅最后到深紅色,并且瓶底會(huì)有沉積物出現(xiàn)。靜置,待沉積物溶解取17.7 mL反應(yīng)溶液加水稀釋(56 mL)的去離子水,密封于100 mL水熱釜中,置于烘箱中130℃水熱處理24小時(shí)。冷卻至室溫,重復(fù)離心洗滌收集所得沉積物,室溫下干燥,得淡黃色干燥固體粉末，為酚醛樹脂/F127前驅(qū)體。

（2）T₁、T₂核磁成像與載藥功能化介孔碳小球的制備：

9 mg {Fe₆Gd₆P₆}（[Fe₆Gd₆(μ_3-O)₂(CO₃)(O₃PPh)₆(O₂C^tBu)₁₈]）超聲溶解到2 ml乙醇溶液中，向該溶液中加入20 mg酚醛樹脂/F127前驅(qū)體，超聲使其在乙醇溶液中分散均一。該混合溶液在室溫下將溶劑攪拌蒸干，得{Fe₆Gd₆P₆}/酚醛樹脂/F127復(fù)合材料，將該材料置于管式爐中，氮?dú)夥障?00℃焙燒3小時(shí),即得氧化鐵—磷酸釓/介孔碳小球。再將該功能化碳小球在空氣氛下300℃焙燒1個(gè)小時(shí)，得羧酸化氧化鐵—磷酸釓/介孔碳小球，即圖1所示。

實(shí)施例2

（1）介孔碳小球前驅(qū)體（酚醛樹脂/F127）的制備：0.5 g苯酚先于45℃水浴中融化,再加入12.5 mL濃度為0.1 M的氫氧化鈉溶液,攪拌10 min。接著加入1.9 mL濃度為37 wt%的甲醛溶液,上述混合物升溫至70℃,攪拌0.5小時(shí),得低分子量的酚醛樹脂。另稱量0.82 g F127溶于15 mL水中,完全溶解后緩慢倒入上溶液。混合溶液在66℃下攪拌2小時(shí),之后再加入50 ml水稀釋該混合溶液，混合溶液以約340 rpm的速率攪拌16–18小時(shí)。反應(yīng)過程中溶液顏色會(huì)從無色到粉紅最后到深紅色,并且瓶底會(huì)有沉積物出現(xiàn)。靜置,待沉積物溶解取17.7 mL反應(yīng)溶液加水稀釋(56 mL)的去離子水,密封于100 mL水熱釜中,置于烘箱中130℃水熱處理24小時(shí)。冷卻至室溫,重復(fù)離心洗滌收集所得沉積物,室溫下干燥,得淡黃色干燥固體粉末，為酚醛樹脂/F127前驅(qū)體。

（2）T₁、T₂核磁成像與載藥功能化介孔碳小球的制備：

9 mg {Fe₆Gd₆P₆}（[Fe₆Gd₆(μ_3-O)₂(CO₃)(O₃PPh)₆(O₂C^tBu)₁₈]）超聲溶解到2 ml乙醇溶液中，向該溶液中加入20 mg酚醛樹脂/F127前驅(qū)體，超聲使其在乙醇溶液中分散均一。該混合溶液在室溫下將溶劑攪拌蒸干，得{Fe₆Gd₆P₆}/酚醛樹脂/F127復(fù)合材料，將該材料置于管式爐中，氮?dú)夥障?00℃焙燒3小時(shí),即得氧化鐵—磷酸釓/介孔碳小球。再將該功能化碳小球在空氣氛下300℃焙燒1個(gè)小時(shí)，得羧酸化氧化鐵—磷酸釓/介孔碳小球，即圖2所示。

實(shí)施例3

按照實(shí)施例1合成介孔碳小球前驅(qū)體酚醛樹脂/F127。

9 mg {Fe₆Gd₆P₆}（[Fe₆Gd₆(μ₃-O)₂(CO₃)(O₃PPh)₆(O₂C^tBu)₁₈]）超聲溶解到2 ml四氫呋喃中，向該溶液中加入20 mg酚醛樹脂/F127前驅(qū)體，超聲使其在四氫呋喃溶液中分散均一。該混合溶液在室溫下將溶劑攪拌蒸干，得{Fe₆Gd₆P₆}/酚醛樹脂/F127復(fù)合材料，將該材料置于管式爐中，氮?dú)夥障?00℃焙燒3小時(shí)，即得氧化鐵—磷酸釓/介孔碳小球。再將該功能化碳小球在空氣氛下300℃焙燒1個(gè)小時(shí)，得羧酸化氧化鐵—磷酸釓/介孔碳小球，即圖3所示。

實(shí)施例4

將10 mg 實(shí)施例1得到的功能化介孔碳小球分散到2 ml (1 mg ml^–1)的鹽酸阿霉素溶液中，然后將混合液在室溫下避光攪拌12小時(shí)。最后該材料離心分離，洗滌，收集所有上層溶液做UV-Vis分析,測得481 nm處的吸光度值，根據(jù)鹽酸阿霉素標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)合載藥前鹽酸阿霉素溶液濃度得到功能化介孔碳小球的載藥量。將載有鹽酸阿霉素的功能化碳小球重復(fù)上述步驟，直至復(fù)合材料對(duì)鹽酸阿霉素吸附飽和。如圖4，計(jì)算得功能化介孔碳小球的載藥量。

實(shí)施例5

核磁成像弛豫時(shí)間及T₁、T₂加權(quán)成像圖片是在0.5 T MRI (MicroMRI.上海紐邁電子科技有限公司)上獲得，測試溫度為32℃。將實(shí)施例1得到的功能化介孔碳小球，配成不同Gd³⁺（Fe³⁺）濃度的水溶液置于核磁共振分析與成像系統(tǒng)中，最終得到T₁、T₂加權(quán)成像圖及r₁、r₂弛豫率，結(jié)果分別見圖5（a）和圖5（b）。