[发明专利]一种基于磁纳米颗粒的多功能EPR生物探针及其应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及多功能EPR生物探针技术领域，具体地说，是一种基于磁纳米颗粒的多功能EPR生物探针及其应用。 

【背景技术】

纳米技术与生物分子、药物的紧密结合已经产生了一个新的领域--纳米生物技术。纳米尺度的磁性材料由于其独具的特性，一直成为研究的热点。因为铁氧磁性微粒良好的生物相容性，在外加磁场作用下可定向移动，表面所带活性基团可被修饰，因而广泛用于细胞分选、酶固定、药物载体、肿瘤的靶向治疗、核磁共振成像增强剂等生物和医学领域。 

近年来，电子顺磁共振(Electron Paramagnetic Resonance，EPR)波谱在生物医学领域的应用日渐广泛。EPR分析技术能够直接或间接的给出生物体内的诸多信息，可以用来研究生物体内自由基的变化、细胞、蛋白质以及生物体的新陈代谢等情况。随着EPR检测技术的发展，检测信息的准确性以及检测灵敏度都有很大的提高。但由于可用于生物体的顺磁材料仍然有限，限制了EPR生物传感器的发展，研究开发新型EPR探针及材料是EPR检测技术得以广泛应用的关键。 

氮氧自由基是一种具有很高的EPR波谱灵敏度和特殊结构稳定性的自由基，被广泛应用于生物医学和药理学等领域的研究中。低分子量的氮氧自由基化合物是一类相对稳定的自由基，它们低毒、无致癌及致突变作用，因而 被广泛用于自旋标记、核磁共振成像、抗癌、抗氧化、电子顺磁共振生物医学传感器等生物医学研究中。特别是哌啶类氮氧自由基及其衍生物是近年来研究的热点，如作为自旋标记物研究生物大分子的生理变化，标记药物分子研究药物的代谢过程以及用作抗氧化试剂等等。 

尽管氮氧自由基以及其衍生物被广泛应用于生物医学领域的研究中，但是单纯的氮氧自由基及其衍生物作为自旋标记物在生物体内很难将其定域于所需的位置，限制了其在生物体内的应用。因此，将磁性微粒与氮氧自由基结合，发挥两者的优势，制备得到用于在线EPR生物检测的生物探针。对于探索生物体的某些病理过程、生物过程具有极大意义。 

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于磁纳米颗粒的多功能EPR生物探针及其应用。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 

一种基于磁纳米颗粒的多功能EPR生物探针，其具有式(1)所示结构 

结构式1 

式中：R为C₂～C₄烷基，X为O或NH； 

一种基于磁纳米颗粒的多功能EPR生物探针的制备方法，具体步骤如下： 

(1)向试剂瓶中依次加入Fe³⁺，Fe²⁺的水溶液； 

(2)向步骤(1)的体系中于N₂保护，40～90℃下逐滴滴加适量氨水，剧烈机械搅拌，得到黑色四氧化三铁磁纳米或三氧化二铁颗粒； 

(3)向步骤(2)的体系中加入二元或多元脂肪水溶液，继续搅拌即可得到表面羧基化的磁纳米颗粒；该磁纳米颗粒易在水中分散，分散后的水溶液呈黄褐色； 

(4)步骤(3)得到的功能化磁纳米颗粒纯化后，于水中分散，再与带有羟基或氨基的哌啶氮氧自由基化合物，其结构式如式(2)和式(3)所示，在1-乙基-3-(3-二甲基丙基)碳二酰亚胺盐酸盐(EDC·HCl)和N-羟基丁二酰亚胺(NAS)作用下反应得到目标产物；所得产物很易在水中分散； 

结构式2             结构式3 

在本发明中，所涉及的原料及试剂均为市售品。 

本发明所述的新型EPR生物探针通过傅立叶变换-红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、电子顺磁共振(EPR)等对其结构与性能进行了表征。FT-IR(图2)测试结果表明成功制备得到了有氮氧自由基自旋标记的磁纳米颗粒。XRD(图3)分析结果，与氧化铁标准品对照，证明为氧化铁颗粒，并且从图谱中估算氧化铁晶体的粒径约为8.0～17.0nm；该磁纳米颗粒易在水中分散，透射电子显微镜(图4)观察，磁纳米颗粒分布均匀，分散性好。通过EPR(图5)测试，可以观察到明显的哌啶氮氧自由基三重峰精细结构。 

经过初步的小鼠体内实验探索得知(图6)，基于新型磁纳米颗粒的多功能EPR生物探针在动物体内有良好的生物相容性、能迅速扩散到动物组织中，并能有选择的分布于小鼠的心、肝、肺等器官。