掺杂可控的超小锰铁氧体纳米颗粒的MRI T1造影性能研究

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成功研制对目标生物检测的超灵敏分子成像探针现在依然是个巨大的挑战。磁性纳米颗粒由于其具有独特的磁学性质及有良好的生物安全性,使得其具有发挥这种作用的潜力。但是,现在可用的磁性纳米探针的成像效果还远远不是最理想的。因此,开发新型的纳米颗粒是尤为突出重要的。就这一点而言,控制磁性纳米颗粒的金属离子掺杂策略一直被用来实现高的可调控的纳米磁学性质。超小锰铁氧体纳米颗粒(MnFe2O4)是一类有代表性的金属铁氧体磁性纳米颗粒,近年来被用作超灵敏磁共振造影剂已经得到了很好的发展。但是,锰掺杂量和体外弛豫率以及活体MRI信号增强的关系及机制现在仍然不清楚。基于此,本文开展了以下研究:(1)我们采用一种动态同步热分解法合成策略,通过改变前驱体芥酸铁和油酸锰的比例实现超小锰铁氧体中不同锰含量的掺杂。用TEM、XRD、VSM、EDS、ICP等对MnFe2O4纳米颗粒的形貌尺寸、磁学性质及锰含量等进行表征。TEM,XRD结果表明所制备的纳米颗粒为高度单分散的尺寸为3 nm左右的锰铁氧体纳米颗粒。EDS、ICP结果表明成功制备了锰含量0.32-1.57的氧化铁纳米颗粒。磁学表征结果显示随着锰含量的增加,超小锰铁氧体纳米颗粒的饱和磁和强度值(Ms)先增加后减小,当锰含量为0.75时,Ms最高。(2)采用生物相容性良好的PEG对油相超小氧化铁纳米颗粒进行转水相。研究的了不同分子量的PEG对氧化铁纳米颗粒的水动力学尺寸的影响,进一步表征了其稳定性。随着表面PEG分子量的增加,纳米颗粒的水动力学直径随之增加。分子量为1000和分子量2000的磷酸化PEG修饰超小氧化铁纳米颗粒以后,样品稳定性好,可以保持10天甚至更长时间,分子量为5000的PEG修饰的样品只能保持两天时间。(3)系统地评估了锰掺杂量的变化与T1弛豫率(r1)的关系,发现随着锰含量的增加,r1先增加后减小。进一步,对比了不同锰含量的超小锰铁氧体作为超灵敏MRI T1造影剂对小鼠肝脏成像的能力,结果表明随着锰掺杂量的增加,活体肝脏造影能力增加。这一结果表明文献中通常追求尽可能高的弛豫率值来达到很好的活体成像效果这一准则需要重新考虑。
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