[发明专利]用于磁性粒子成像的作为示踪物的群聚磁性粒子

说明书

技术领域

本发明涉及在磁性粒子成像(MPI)应用中用作磁性示踪物的磁性粒 子组成。

背景技术

磁性粒子成像(MPI)允许磁性材料的直接3D成像。空间图像是通 过测量由被引入检查区域的磁性粒子所产生的磁场而形成的。例如US 2003/0085703 A1中所述，在检查区域内产生空间上不均匀的磁场，该磁 场包括第一区域，在此第一区域内粒子的磁化强度处于不饱和状态。在 检查区域其余部分，磁场足够强以维持粒子处于饱和状态。在检查区域 内移动第一区域将形成磁化强度的变化，该变化可在外部探测到并包含 有关磁性粒子在检查区域内空间分布的信息。便利地，应用一个时变正 弦磁场，该时变正弦磁场感应出更高阶谐波，这些更高阶谐波被探测和 评价。

MPI中磁性示踪物的信号强度因而与在高频RF场中将磁性示踪物重 磁化后拾取的更高阶谐波的强度相关。因此，MPI中磁性示踪物的性能 取决于它们在RF场中的磁属性，且还取决于大量粒子之间可能的相互作 用，其中该磁属性又与单个粒子的磁属性和材料关联。

WO 2004/091397 A2中描述了一种使用MPI技术确定诸如温度、pH 或群聚参数的变化的方法。这种方法利用当磁性粒子接近且因此受彼此 磁场影响时磁性粒子改变它们的属性的效应。由于与相邻粒子的磁场耦 合，单独粒子对外部磁场的响应发生改变。WO 2004/091397 A2进一步描 述了各种适用于其中所描述方法的示踪物，如官能粒子、粒子簇或复合 物、凝胶或其它空间分隔的介质中的粒子。但是，仍需要具有改良MPI 性能的磁性示踪物。

发明内容

期望提供一种在MPI使用的具有明确磁属性的、新颖和改良的示踪 材料，以及制作该材料的方法。

本发明提供了一种在磁性粒子成像中使用的磁性示踪材料以及制造 这种磁性示踪材料的方法。该磁性示踪材料包括成簇的多个磁性粒子， 它们以受控的方式群聚而形成稳定油滴或固态乳化粒子的单独实体。优 选地，磁性粒子具有严格控制的成份，例如Fe₂O₃、Fe₃O₄，或一般地Fe_xO_y， 或者如Co、Ni、Zn、Mn、...：Fe_xO_y材料的掺杂材料，或者诸如Fe、Co、 Ni的其它磁性材料、或者任何其它磁性材料，例如诸如MnZn的铁氧体。 此外，磁性粒子可以用无磁性壳隔离于环境，称为芯-壳粒子。例子是由 以上提到的磁性材料形成的磁性核芯样品被厚度为纳米范围的无磁性壳 包覆，该无磁性壳例如是金、二氧化硅、无磁性氧化铁或有机涂层。

磁性粒子有适当的大小和形状。对于对MPI信号有贡献的、与其它 粒子有或无相互作用的粒子被群聚的情形，粒子的直径优选地应在 20-50nm的范围，从而给出足够的MPI信号。优点是在一个点上有高的 浓度，在图像采集时形成所谓的热点。粒子之间的相互作用对于MPI信 号有益或有害。

备选地，例如直径在5-10nm范围内的较小粒子或颗粒也可有意地被 群聚。这些较小的粒子制成具有非常单一分散的分布。对于这些较小粒 子被群聚的情形，粒子间的相互作用对于产生良好的MPI信号是必要的， 所以易受温度、pH等变化的影响。该效应可被利用以设计灵巧探针，这 种探针依据它们的生物环境而改变信号，此生物环境即指发炎组织中上 升的温度或者缺氧性肿瘤中或胞液中轻微的酸性pH。群聚的较小的粒子 形成大小范围介于几十到几百纳米的单个实体。

群聚的较小的粒子可以进一步形成第一子实体，该第一子实体等价 于20-50nm的单个磁性粒子以产生最佳MPI属性。例子包括多颗粒粒子， 以及受环境保护中化学上稳定的有序结构，即乳液。这种子实体随后可 被群聚成多个单独实体，在单独实体中子实体之间或者不同子实体内的 磁性粒子之间的相互作用对于MPI信号有益或有害。

多个单独实体可具有直径介于10-1000nm，优选地介于100-200nm 的大小，使得多个单独实体中的一个单独实体可包括多达约1000个或更 多个磁性粒子。