[发明专利]石墨烯量子点与钆离子螯合物磁共振造影剂及其制备方法

说明书

本发明公开石墨烯量子点与钆离子螯合物(Gd@GQDs)，属于纳米材料领域，所述石墨烯量子点与钆离子螯合物为纳米材料，表面带有亲水基团；其制备方法是利用Hummers法制备得到氧化石墨烯，再经过加热氧化和提纯，得到纯净的石墨烯量子点，最后与Gd³⁺螯合形成稳定的Gd@GQDs。本发明制备的Gd@GQDs易分散于水、磷酸盐缓冲溶液(PBS)、生物培养基等水溶液体系中；具有良好的生物相容性和低毒性；在1.5T磁共振测试系统中，表现出优异的T₁加权造影性能，其r₁弛豫率高达72mM^‑1s^‑1，比现有商用T₁加权磁共振造影剂Gd‑DTPA的r₁值高二十倍。

技术领域

本发明涉及石墨烯量子点与钆离子螯合物磁共振造影剂及其制备方法，属于纳米新材料技术领域。

背景技术

磁共振成像(MRI)是临床应用中最广泛使用的诊断工具之一。MRI具有许多优点，例如无创性、高空间和时间分辨率，以及良好的软组织对比度。尽管如此，组织之间的固有信号差异，尤其是患病和正常组织之间的差异并没有那么大。因此，通常在扫描之前注射MRI造影剂以改善成像质量。按照作用原理来分类，MRI造影剂可分为纵向弛豫造影剂(T₁造影剂)和横向弛豫造影剂(T₂造影剂)。最常用的T₁造影剂是钆基造影剂，因为Gd³⁺能提供七个未成对电子，导致较高的纵向弛豫率(r₁)。然而，游离Gd³⁺具有高毒性，Gd³⁺在体内能诱发一种称为肾源性系统性纤维化(NSF)的罕见疾病，特别是对于肾功能受损的患者更为致命。为了抑制其毒性，通常使用各种配体与Gd³⁺络合以达到游离的Gd³⁺释放最小化。实例包括Gd-DTPA(DTPA-二亚乙基三胺五乙酸)，钆特酸，Gd-DO3A butrol(DO3A-1,4,7-三(羧甲基)环十二烷-10-氮杂乙酰胺)，钆双胺等。但是，这些钆基螯合物的钆含量和实际用量都很高，仍然会导致Gd³⁺在体内的泄漏从而造成生物安全性问题。因此，迫切需要开发具有极低Gd³⁺含量、生物安全性好以及同时保持高性能的T₁加权造影剂。

石墨烯量子点(GQDs)主要是由sp²杂化碳原子构成，其晶格间距与石墨相同，横向尺寸小于100nm、原子层数少于10层的二维石墨烯薄片。GQDs不仅具有石墨烯的优异性能，如比表面积大、电子迁移率高以及机械强度好，而且拥有优异的荧光性能和光稳定性、低毒性、良好的生物相容性以及表面易修饰等。因为这些优异的特性，使得GQDs在生物医学成像、光学材料与器件、生物传感和环境检测等领域都具有很大应用前景，尤其是为构建临床应用多模式成像平台提供了材料基础。

随着人们对癌症等重大疾病的早期诊断和精准治疗的迫切需求，像MRI、荧光成像和超声波成像等单一的诊断技术已经无法满足人们的需求。因此，集合多种功能于一身的多模式成像技术及其材料受到科研工作者的广泛关注和研究。本发明针对上述问题，发明了兼具MRI和荧光成像功能的GQDs与钆离子螯合物作为医用显影剂。

与本发明相关的现有技术：以碳量子点与钆的复合物作为磁共振造影剂的文献已经发表在国际学术期刊Advanced Materials 2014,26,6761–6766和Advanced Materials2018,1802748上。该工作是利用有机小分子与钆离子络合、或者是利用已有商用钆基造影剂通过水/溶剂热法合成了碳量子点与钆的复合物，然后用于磁共振成像。这种方法的缺点是原料成本昂贵、得到的碳量子点与钆的复合物结构十分不明确，而且其钆含量和造影时使用量都较高，后期会对生物体造成较大影响。更重要的是，该造影剂的纵向弛豫率r₁要远远小于本发明造影剂的r₁，因此其T₁加权造影效果远不如本发明专利技术。

发明内容