本发明涉及磁粒子成像技术、无机材料制备领域，尤其涉及一种基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法。
背景技术：
1、磁共振成像技术(magnetic resonance imaging，以下简称mri)，作为一种基于核磁共振原理的先进医学成像技术，在人体内部组织结构成像领域的应用，极大地推动了医学及认知神经科学的发展。与其他医学影像技术相比，磁共振成像技术具备诸多优势，包括出色的软组织成像能力、广泛的检测范围以及无电离辐射等特性。传统的磁共振成像技术主要依赖于人体正常组织与病变组织中氢质子弛豫时间的细微差异进行成像。然而，在病变早期阶段，这种差异往往十分微小，因此仅靠组织中的氢质子难以实现病变组织的精确识别。为了提高磁共振成像技术的灵敏度，通常需要引入造影增强剂来增强图像对比度，从而更准确地辨别病变组织。
2、四氧化三铁磁性纳米颗粒作为造影剂，因其磁响应迅速、生物相容性极佳等特性，在磁共振成像领域得到广泛应用。目前，根据四氧化三铁磁性纳米颗粒的尺寸区间，可以分别被用作纵向弛豫(t1)和横向弛豫(t2)两种成像增强模式的造影剂。其中，当四氧化三铁磁性纳米颗粒尺寸大于等于6nm，即常规尺度的四氧化三铁磁性纳米颗粒，表现为超顺磁性，因此通常被用作t2造影剂。在极小的尺寸下(小于6nm)，由于纳米颗粒界面的磁死层占比增多，其磁性特性转变为顺磁性，因此通常被用作t1造影剂。例如，目前基于现有用恒温速的高温热解法制备的4nm四氧化三铁磁性纳米颗粒，大多表现为顺磁性，通常被用作t1造影剂。目前尚未有任何一种极小四氧化三铁磁性纳米颗粒，尺寸小于5nm，表现为超顺磁性，被用作t2加权造影剂。
3、由于现有表现为超顺磁性的四氧化三铁磁性纳米颗粒尺寸大于等于6nm，这一尺寸不利于造影剂在肿瘤组织中的穿透，至今仍未有尺寸小于5nm并具有超顺磁性的四氧化三铁磁性纳米颗粒的制备方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提出一种基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法，能显著提升t2加权成像的显影灵敏度。
2、具体技术方案如下：
3、一种基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法，首先采用变温速的高温热解法制备油相的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒oa@fe3o4，再采用配体交换法，利用oa@fe3o4制备水相的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒dhca@fe3o4，即t2造影剂；具体包括以下步骤：
4、s1：将乙酰丙酮铁、油酸、油胺、1,2-十六烷二醇以1:3:3:5～1:4:4:7的摩尔比溶解于还原性溶剂中，并在磁力搅拌下混合均匀；
5、其中，调节油酸和油胺的含量有利于控制生长速率，提高产物的单分散性，1,2-十六烷二醇作为还原剂，调控其含量有利于调控还原反应的进行；若小于该摩尔比范围，则无法充分反应；若大于该摩尔比范围，会造成试剂的浪费，增加成本。
6、s2：将s1得到的混合液在常温下抽真空，升温至60～90℃，再抽真空；所述s2在磁力搅拌下执行；
7、s3：关闭真空，充入氮气，使s2得到的混合液在氮气氛围下，以0.5～2.5℃/min的速度加热至150～220℃，并保温20～120min；再以3～10℃/min的速度加热至250～300℃，并保温20～60min；所述s3在磁力搅拌下执行；
8、优化升温速率有利于控制颗粒成核尺寸、提高颗粒均匀性、调控颗粒结晶度和晶面参数。第一次升温时，升温速率若小于0.5℃/min，则会导致成核过程过于缓慢，容易形成过大的纳米颗粒，也可能会导致颗粒在生长过程中发生团聚，从而形成较大的聚集体；若升温速率大于2.5℃/min，则会导致晶核迅速形成，导致晶体结构缺陷较多，晶面参数偏大，结晶度较低。相应地，加热的温度若小于150℃或大于220℃，均会导致晶粒成核速率不一致，导致较宽的尺寸分布。相应地，保温时间若小于20min，会导致晶核生长时间不足，晶核尺寸差别大；保温时间若超过120min，会导致晶核过度生长溶解，也会造成晶核尺寸差别大。
9、第二次升温时，升温速率若小于3℃/min，则会导致晶核生长速率过慢，容易形成较大的纳米颗粒；升温速率若大于10℃/min时，则会导致晶核生长速率过快，生长不充分，导致较宽的尺寸分布和低的结晶度。相应地，加热的温度若低于250℃，则会导致回流过程不充分，进而导致晶核生长不充分，形成较宽的尺寸分布；若高于300℃，则会导致反应溶剂回流过快，导致反应物流失，也会导致晶核生长不充分。相应地，保温时长若低于20min，则无法保证充分的晶核生长过程，导致大量较小颗粒的形成；保温时长若高于60min，则会导致晶核过度地生长并伴随着部分溶解，形成尺寸较大的颗粒，同时容易增加颗粒形状的各向异性。
10、s4：将s3得到的反应物冷却至室温，并分装于离心管中；在离心管中加入乙醇或丙酮，用于清洗离心后游离的表面活性剂；离心后，去除上清液，取管内沉淀；在离心管中加入基载液用于溶解沉淀，再次进行离心，将得到的上清液倒入新的离心管中；
11、s5：重复s4的离心洗涤过程多次，得到油相的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒oa@fe3o4，并将其分散于四氢呋喃(tetrahydrofuran，以下简称thf)溶液中；
12、s6：利用所述oa@fe3o4，采用配体交换法制备水相的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒dhca@fe3o4，即t2造影剂。
13、进一步地，所述s6具体通过如下子步骤实现：
14、s6.1：将dhca溶解于thf中得到混合溶液，将混合溶液油浴加热，升温至40～60℃；取s5得到的oa@fe3o4的thf溶液，逐滴加入到混合溶液中，使dhca与oa@fe3o4的质量比为1:1～5:1，再保温2h以上；所述s6.1在磁力搅拌下执行，使dhca和oa@fe3o4混合、反应地更均匀；
15、若升温后的温度低于40℃，会导致回流不充分；若温度高于60℃，会导致反应物挥发流失。dhca与oa@fe3o4混合反应时，dhca含量的提升有利于提高反应速率，若dhca与oa@fe3o4的质量比过低，会导致反应不完全；若质量比过高，会导致成本提高。后续保温时，若保温时间小于2h，会导致反应不完全；若大于6h，会导致时间成本增加。
16、s6.2：将s6.1得到的反应物冷却至室温，并分装于离心管中；在离心管中加入naoh溶液，使混合溶液呈弱碱性；离心后，去除上清液，取管内沉淀；在离心管中加入去离子水用于溶解沉淀，再超声分散，得到水相超顺磁四氧化三铁纳米颗粒dhca@fe3o4。
17、进一步地，所述s1中，还原性溶剂包括：二苯醚、二苄醚、十八烯中的任意一种。
18、进一步地，所述s4中，基载液包括：环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷和甲苯中的任意一种。
19、进一步地，所述s4中，离心管中的乙醇和反应物的体积比为3:2～5:2，丙酮和反应物的体积比为3:2～5:2。乙醇或丙酮的增加有利于对游离的表面活性剂的清洗，但过量的乙醇或丙酮会造成不必要的浪费。
20、优选地，所述s1中，乙酰丙酮铁、油酸、油胺、1,2-十六烷二醇的摩尔比为1:3.5:3.5:6。
21、优选地，所述s2中，将混合液在常温下抽真空10～120min，升温至60～90℃，再抽真空10～120min。一般情况下，10分钟的常温抽真空操作可以达到最低的真空度要求(即若小于10分钟，真空度未达到反应要求)，随着抽真空时间的延长，混合液中的水、空气等含量被进一步降低，因此，抽真空时间在10～120min范围内有利于形成高结晶度的产物，但是过长的时间(大于120min)对于真空度的提高效果甚微，反而增加时间成本。升温后抽真空的时间范围取10～120min同理。温度低于60℃不利于去除在常温下仍然溶解在混合液中的水、空气等，温度高于90℃会导致混合液部分挥发，比例失调，造成不充分的反应。
22、优选地，所述s3中，混合液在氮气氛围下，以2～2.5℃/min的速度加热至180～200℃，并保温30～60min；再以3～5℃/min的速度加热至265～275℃，并保温30～45min。
23、优选地，所述s4中，以5000～8500rpm/min的速度离心10～20min后，取沉淀；加入基载液溶解沉淀后，以5000～8500rpm/min的速度离心10～20min后，取上清液。
24、第一次离心时，若离心转速低于5000rpm/min，则只允许较大颗粒产物的沉淀，导致目标产物沉淀析出的不充分，造成不必要的浪费；若转速高于8500rpm/min，会导致大量没有反应完全的小颗粒和有机物无法分离出去，形成较宽的尺寸分布。相应地，若离心时间小于10min，会导致产物还没有被完全分离出来，造成不必要的损耗；若离心时间大于20min，会导致时间成本的增加。
25、第二次离心时，若离心转速低于5000rpm/min，则上清液中的小颗粒无法被去除；若离心转速高于8500rpm/min，则会导致部分产物从上清液中沉淀出来，造成损耗。相应地，若离心时间小于10min，会导致离心过程不充分，杂质没有被完全分离出去；若离心时间大于20min，则会增加不必要的时间成本。
26、优选地，所述s6.1中，混合溶液升温至40～60℃；dhca与oa@fe3o4，混合后的保温时间为2～6h；
27、所述s6.2中，naoh的浓度为0.3～0.6mol/l，该浓度的naoh溶液能在满足离心管的容量范围内，使加入的naoh溶液碱性合适；离心时，以2000～4000rpm/min的速度离心10～20min；超声分散时间为10～60min。离心时，若离心转速低于2000rpm/min，则会导致目标产物不能被完全沉淀，造成损耗；若离心转速高于4000rpm/min，则会导致部分杂质和目标产物都被沉淀出来，无法分离。相应地，若离心时间小于10min，则会导致离心过程不充分，目标产物没有被完全沉淀，造成损耗；若离心时间大于20min，则会增加时间成本。后续超声分散操作中，若超声时间过短，则会导致溶解不完全，若过长，则会增加时间成本。
28、一种基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂，根据所述的基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法制备得到。
29、本发明的有益效果是：
30、(1)本发明中的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒(superparamagnetic iron oxidenanoparticles，以下简称spions)造影剂具有较高的饱和磁化强度，达到39emu/g，横向弛豫率(r2)达到201.8mm-1s-1，比相同尺寸的顺磁四氧化三铁纳米颗粒(paramagnetic ironoxide nanoparticles，以下简称pions)造影剂提高了11.3倍，显著提升了t2成像的显影灵敏度。
31、(2)本发明中的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒造影剂粒径极小，水动力学直径小，约为5～9nm，单分散性好，该粒径有利于造影剂在肿瘤组织中的穿透。
1.一种基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法，其特征在于，所述s6具体通过如下子步骤实现：
3.根据权利要求1所述的基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法，其特征在于，所述s1中，还原性溶剂包括：二苯醚、二苄醚、十八烯中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法，其特征在于，所述s4中，基载液包括：环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷和甲苯中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法，其特征在于，所述s4中，离心管中的乙醇和反应物的体积比为3:2～5:2，丙酮和反应物的体积比为3:2～5:2。
6.根据权利要求1所述的基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法，其特征在于，所述s2中，将混合液在常温下抽真空10～120min，升温至60～90℃，再抽真空10～120min。
7.根据权利要求1所述的基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法，其特征在于，所述s3中，混合液在氮气氛围下，以2～2.5℃/min的速度加热至180～200℃，并保温30～60min；再以3～5℃/min的速度加热至265～275℃，并保温30～45min。
8.根据权利要求1所述的基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法，其特征在于，所述s4中，以5000～8500rpm/min的速度离心10～20min后，取沉淀；加入基载液溶解沉淀后，以5000～8500rpm/min的速度离心10～20min后，取上清液。
9.根据权利要求2所述的基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法，其特征在于，所述s6.2中，naoh的浓度为0.3～0.6mol/l；离心时，以2000～4000rpm/min的速度离心10～20min；超声分散时间为10～60min。
10.一种基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂，其特征在于，根据权利要求1-9任意一项所述的基于极小超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的t2造影剂制备方法制备得到。
