[发明专利]磁性复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种磁性复合纳米材料及其制备方法和应用。具体地，本发明公开了一种金属掺杂铁氧体材料为核，酸响应的介孔材料为壳的纳米复合材料。该磁性纳米复合材料可以基于磁共振谐调理论，增强MRI T₁加权成像效果。将该磁性纳米复合材料应用于磁共振成像中可获得一种成像性能显著优异、酸敏感性高且T₁信号丰富的优质MRI对比剂，可提高其对肿瘤等重大疾病的鉴别与检出，从而显著降低医学影像检测的误差和治疗成本。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地涉及一种介孔核壳复合纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

肿瘤微环境是肿瘤所处的内环境，是肿瘤细胞赖以生存的“土壤”，在肿瘤的发生及进展过程中起到至关重要的作用。肿瘤微环境主要由基质细胞、微血管、细胞外基质、相关细胞因子、激素以及少量浸润细胞等组成，是一个复杂的综合系统，各因素之间协同作用，调节肿瘤的增殖、侵袭、迁移、粘附、血管新生等过程。

氧分子是有氧代谢过程中维持细胞内生物能量的必须成分，在机体许多有机和无机反应中可作为电子受体。氧气浓度的异常改变通常会引起代谢异常，导致包括中风、组织缺血、炎症和实体瘤缺氧等多种病理情况的发生发展。肿瘤乏氧，是指实体肿瘤内部的氧分压低于正常的氧分压。多数哺乳动物组织的氧分压为2％—9％(平均为400mmHg)，氧分压≤2％定义为乏氧状态。组织轻度乏氧状态时氧分压≤2％，重度乏氧状态时氧分压≤0.02％，肿瘤生长迅速，生长过程中需要消耗大量氧气和营养物质，随着肿瘤体积的不断变大，肿瘤血管的生长速度往往不能满足肿瘤迅速生长对于氧气和营养物质的需要，出现供血不足，导致肿瘤内部乏氧。肿瘤乏氧根据形成原因可分为急性缺氧和慢性缺氧。急性缺氧主要是由于肿瘤微血管的结构、功能异常，导致血流灌注异常，导致氧气向肿瘤细胞的输送过程出现异常。肿瘤在乏氧状态下，肿瘤细胞代谢过程中三羧酸循环发生障碍，转而多进行无氧糖酵解，释放大量乳酸。同时，乏氧区域肿瘤组织周围脉管系统不完善，代谢产物不能及时排除，使得肿瘤乏氧区域pH值降低。

由于安全无毒性、良好的生物相容性(人体内含有大量铁元素)及较强的MRI造影增强信号(氧化铁纳米粒子的超顺磁性)，氧化铁纳米粒子已经超越钆类化合物成为研究最热的MRI造影材料。然而，常见的氧化铁纳米粒子并不适合作为MRI T1造影剂：MRI T1造影剂应具备较高的纵向弛豫率(r1)和较低的横向纵向弛豫率比值(r2/r1≤3)，凸显MRI T1对比效果(最大化)。因此，若构建一种以铁基类纳米材料(体内必需元素)为主的安全无毒，造影信号强的MRI T1造影材料，既能保持对比剂材料的安全性，又能以MRI T1加权成像的方式提高诊断效率，是一种十分有效的途径，且十分必要。

距离相关的磁共振谐调理论是一种新的基于T1加权成像的理论，其组成有顺磁性的“增强子”和超顺磁性的“猝灭子”，当“增强子”和“猝灭子”间的距离小于临界距离时，MRIT1加权成像是暗的，当“增强子”和“猝灭子”间的距离大于临界距离时，MRI T1加权成像效果会变亮。距离相关的磁共振谐调理论可作为一种新的传感原理。扩大了广泛的生物系统的探索。

距离相关的磁共振谐调理论具有广泛的临床应用指导作用，它能够提供更快捷，更精准的成像效率。因此，为提高肿瘤等重大疾病的诊断效率，降低毒副作用，有必要发展一种水溶性好，造影功能强，对肿瘤微环境具特异性表达的MRI对比剂材料。

发明内容

为解决上述问题，本发明的一个目的在于提供一种磁共振成像(MRI)对比剂材料，该对比剂材料水溶性佳、生物毒性低、肿瘤微酸环境下可降解，因此具备提高肿瘤等重大疾病诊断效率、降低毒副作用的能力。

本发明的另一目的在于提供一种环保安全、工艺简单、成本低的具有上述优异性能对比剂的材料的制备方法和微酸环境特异性检测的肿瘤区域T1加权造影效果增强的生物应用。

所述对比剂材料为包裹有磁性金属掺杂氧化铁纳米材料的介孔硅酸盐的核壳结构。