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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201310361677.3 (22)申请日 2013.08.19 A61K 49/22(2006.01) (71)申请人 成都市绿科华通科技有限公司 地址 610000 四川省成都市锦江区总府路 18 号 1 栋 1 单元 21 层 23 号 (72)发明人 不公告发明人 (54) 发明名称 纳米磁性微球型超声成像造影剂 (57) 摘要 本发明公开了一种纳米磁性微球型超声成像 造影剂。该微球为中空型无机 / 有机 / 无机三层 结构， 位于微球中心的是空腔， 内部填充空气 ； 空 腔外层为 Fe3O4磁性粒子 ； 中间层为聚乙烯 - 聚。
2、丙 烯酸无规共聚物与聚丙烯酸、 二乙烯基苯通过自 由基共聚得到的核 / 壳聚合物纳米微球， 共聚物 与内层 Fe3O4磁性粒子之间通过内表面羧基与铁 盐可形成配位键或离子键而稳定 ； 外层为二氧化 硅， 通过微球的表面的羧基与二氧化硅表面的硅 羟基产生氢键作用而连接。该材料优点是 ： 聚合 物微球属于纳米级粒子 ； 内层Fe3O4磁性粒子使造 影剂可靶向定位 ； 二氧化硅空心微球具有很好的 生物相容性和机械稳定性， 内部空腔在造影模式 下可以产生强的回波信号。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请。
3、公布号 CN 104415360 A (43)申请公布日 2015.03.18 CN 104415360 A 1/1 页 2 1. 一种纳米磁性微球型超声成像造影剂， 其特征在于具有中空型无机 / 有机 / 无机三 层复合结构 ： 1） 位于微球中心的是空腔， 内部填充空气 ； 2） 中间层为高分子层， 为聚丙烯酸与二乙烯基苯的共聚物 ； 3） 空腔与中间层之间为四氧化三铁磁性纳米粒子 ； 4） 外层为二氧化硅纳米粒子。 2. 根据权利要求 1 所述的纳米磁性微球型超声成像造影剂， 该材料是通过如下步骤进 行制备的 ： 制备聚乙烯 - 丙烯酸无规共聚单分散核 / 壳聚合物纳米微球 ； 二氧化硅。
4、在微球表面进行聚集 ； 制备中空型聚合物 -SiO2纳米微球 ； 中空型磁性纳米微球造影剂的制备。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的纳米磁性微球型超声成像造影剂， 其特征还在于上述步 骤 1） 中所形成的核 / 壳聚合物纳米微球为双层结构， 并且都是采用聚丙烯酸作为亲水部 分， 其特征在于 ： 其内层为聚乙烯 - 丙烯酸无规共聚物 ； 其外层为聚丙烯酸与二乙烯基苯交联聚合物。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的纳米磁性微球型超声成像造影剂， 其特征还在于 ： 最外 层的二氧化硅纳米粒子中具有介孔结构。 5. 根据权利要求 1 或 2 所述的纳米磁性微球型超声成像造影剂， 其特征还在于。
5、 ： 高分 子层为聚丙烯酸与二乙烯基苯的共聚物， 高分子具有双层聚丙烯酸结构， 分子之间利用二 乙烯基苯桥联。 权 利 要 求 书 CN 104415360 A 2 1/5 页 3 纳米磁性微球型超声成像造影剂 技术领域 0001 本发明涉及一种医疗检测用造影剂， 尤其涉及一种具有磁性功能的多层有机 / 无 机复合结构的纳米微球， 属于医学技术领域。 背景技术 0002 近年来， 分子影像技术由于其能够为活体组织的疾病诊断和监控提供重要的信 息而得到广泛的关注 （Campbell R. E., Chang C. J. Curr Opin Chem Biol, 2010, 14(1):1-2.）。
6、 。在众多成像模式中， 超声成像作为一种无创伤的生物医学成像模式， 由于 其具有成像和诊断安全及时、 价格低廉、 轻便快捷、 运用广泛等优点而具有重要的研究价 值。然而不同生物组织之间回波信号的不同常常会妨碍诊断的准确性， 为了更好地得到 特定组织的准确信息， 人们通常采用加入超声成像造影剂的方法来实现 （R. Daz-Lpez, Tsapisa N., Libong D., et al. Biomaterials, 2009, 30(8):1462-1472.） 。 0003 通常所用的造影剂主要为微泡， 其外壳为糖类、 蛋白质等两亲性小分子或多聚 物构成， 内部填充 C3F8、 SF6等气。
7、体形成囊泡 (Ferrara K. W., Borden M. A., Zhang H. Acc Chem Res, 2009, 42(7):881-892.)。这些造影剂可以改变或者增强超声回波信号 以及提供更好的表面或者组织信息。然而由于拉普拉斯压力、 血压、 氧化新陈代谢以及 超声波的作用， 这些气体微泡在注入血液中几秒钟之后就被溶解和破裂， 且粒径难以控 制 (Schutt E. G., Klein D. H., Mattrey R. M., et al. Angew Chem Int Ed, 2003, 42(28):3218-3235.)。二氧化硅空心微球具有很好的生物相容性和机械。
8、稳定性， 且具有较 大的空腔， 在造影模式下可以产生较强回波信号， 可解决上述问题。Hall 等 (Lin P. L., Eckersley R. J., Elizabeth A. H. Adv Mater, 2009, 21(38-39):3949-3952.) 以 PE 球为模板， 用聚烯丙基酸盐酸盐 (PAH) 改变表面电荷制备了粒径为 2.8m 的空心微球， 壳层厚度小于 30nm， 并研究了其在不同机械指数条件下的超声成像效果。线性超声成像 ( B-model) 结果显示， 这种中空 SiO2小球在水环境下具有很强的超声信号。然而这类方法 仍具有一定的局限， 如中空 SiO2小球的尺。
9、寸太大， 并没有达到纳米级结构， 难于用于活体成 像， 且未进行官能团修饰难以进行进一步连接。 因此， 目前临床中使用的造影剂还不能同时 兼顾良好生物相容性、 机械稳定性、 靶向性能、 纳米结构、 可进行官能团修饰等要求。 发明内容 0004 本发明针对以上问题， 提供一种纳米磁性微球型超声成像造影剂， 其是一种多层 有机 / 无机复合结构磁性纳米微球， 具有中空型无机 / 有机 / 无机三层复合结构 ： 位于微球中心的是空腔， 内部填充空气 ； 中间层为高分子层， 为聚丙烯酸与二乙烯基苯的共聚物 ； 空腔与中间层之间为四氧化三体磁性纳米粒子， 通过配位键或离子键沉积于高分子层 内表面 ； 外。
10、层为有介孔的二氧化硅纳米粒子， 通过氢键作用吸附与高分子层外部。 说 明 书 CN 104415360 A 3 2/5 页 4 0005 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 ： 1） 核 / 壳聚合物微球双层纳米微球的制备 该微球是基于一种核 / 壳聚合物微球双层纳米微球而制备的。首先利用乙烯与丙烯酸 进行共聚得到单分散纳米微球， 其为以下化学式所示结构 ： 其中 x 为 5 50 的整数 ； y 为 0 15 的整数 2） 制备双层纳米微球外层交联结构 然后将上述单分散纳米微球与聚丙烯酸、 二乙烯基苯， 通过溶液自由基共聚方法， 得到 微球外层结构， 其为以下化学式所示结构 ： 其中 n。
11、 为 0 50 的整数 3） 通过 “自分散” 聚合反应制备核 / 壳聚合物微球双层纳米微球 利用双层纳米微球的表面的羧基可与二氧化硅表面的硅羟基产生氢键作用， 使二氧化 硅在聚集体表面水解并缩聚形成壳层结构。其相互作用化学式如下所示 ： 说 明 书 CN 104415360 A 4 3/5 页 5 4） 空心高分子 - 二氧化硅纳米微球的制备 利用丙酮抽取内核形成空心高分子 - 二氧化硅纳米微球结构。在反应体系中加入三氯 甲烷溶解， 搅拌数小时， 利用三氯甲烷溶解 PE 核后得到 SiO2空心微球， 其形态了保持稳定 并且结构完整， 具有良好的球形结构。制备过程示意图如图 4 ； 5） 磁性。
12、高分子微球的制备 最后， 利用微球内表面羧基与通过二氧化硅微孔渗透入内层的铁盐， 形成配位键或离 子键， 通过吸附空心球内部的Fe2+和Fe3+等反应物， 使内层结合四氧化三铁磁性粒子。 其反 应原理如下所示 ： Fe2+2Fe3+8OH- Fe3O4+4H2O 通过以上技术方案， 本发明具有如下优点 ： 1） 纳米磁性微球型超声成像造影剂具有良 好的生物相容性 ； 2） 纳米磁性微球型超声成像造影剂具有体积小， 具有纳米级结构， 可以通过各种人体 屏障 ； 3） 纳米磁性微球型超声成像造影剂由于含有超顺磁性的 Fe3O4， 因此具有靶向性能 ； 4） 纳米磁性微球型超声成像造影剂结构稳定、 。
13、机械稳定性高。 0006 此类纳米磁性微球型超声成像造影剂可以克服传统造影剂稳定性差、 回声信号 弱、 生物相容性差等问题。 附图说明 0007 图 1 为该磁性纳米微球的结构示意图 ； 图 2 为该磁性纳米微球的粒径测试图 ； 图 3 为该磁性纳米微球的 AFM 扫描图 ； 图 4 为空心高分子微球的制备流程示意图。 具体实施方式 0008 为使本发明的实施目的、 技术方案和优点更为清楚， 下面结合本发明的附图和具 体实施例对本发明进行详细说明 ： 如图 1 所示， 为纳米磁性微球型超声成像造影剂的结构示意图。该纳米微球具有中空 型机 / 有机 / 无机三层复合结构， 依次具有 ： 最外层为。
14、二氧化硅纳米粒子 ； 中间层为高分 子层 ； 内层为四氧化三体磁性纳米粒子 ； 位于微球中心的是空腔， 内部填充空气。其 说 明 书 CN 104415360 A 5 4/5 页 6 中二氧化硅纳米粒子层中应具有介孔结构。 0009 聚丙烯酸 - 二乙烯基苯共聚交联高分子作为高分子层， 同时外部吸附二氧化硅 粒子， 而内层结合四氧化三体磁性纳米粒子作为一个较佳的实施方式 ： 利用乙烯与聚 丙烯酸进行共聚得到内层微球， 然后将内层通过聚丙烯酸与二乙烯基苯进行共聚， 得到双 层实心纳米高分子微球。 利用双层纳米微球的表面的羧基可与二氧化硅表面的硅羟基产生 氢键作用， 使二氧化硅在聚集体表面水解并缩。
15、聚形成壳层结构。 同时， 利用二氧化硅纳米 粒子的介孔结构， 使用有机溶剂法 （丙酮） 抽取内核形成空心高分子 - 二氧化硅双层纳米微 球结构。 最后， 利用微球内表面羧基与铁盐可形成配位键或离子键， 通过吸附渗透进入空心 球内部的 Fe2+和 Fe3+等反应物， 使内层结合四氧化三铁磁性粒子。 0010 图 2 所示为利用动态光散射方法对磁性纳米微球的粒径测试图， 可以看出， 纳米 微球粒径小于 1 微米， 粒径分布较窄， 证明该纳米微球体积小、 分散性好。 0011 图 3 所示为纳米磁性微球型超声成像造影剂的 AFM 扫描图像。证明高分子所形成 球状胶束结构均一， 分散性好， 在水溶液中。
16、不发生团聚。 有利于造影剂在体液中的靶向定位 和分散。 0012 下面给出实施例以对本发明进行具体描述， 但值得指出的是以下实施例只用于对 本发明进行进一步说明， 不能理解为对本发明保护范围的限制， 该领域的技术熟练人员根 据上述本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。 0013 实施例 1 ： 核 / 壳聚合物纳米微球的制备 步骤一 ： 首先采用 “自分散” 聚合的方法制备单分散 （PE-PAA） 共聚物微球。于 500mL 三口圆底反应瓶中加入乙烯和丙烯酸各 0.2mol、 AIBN（偶氮二异丁氰） 0.98g、 乙酸丁酯 280 mL， 在氮气保护下， 恒温。
17、70反应12小时， 产物于55烘箱中烘干， 得到单分散 （PE-PAA） 共 聚物微球。 0014 步骤二 ： 用种子 “自分散” 聚合反应制备核 / 壳聚合物微球。将 （PE-PAA） 共聚物微 球3.65g、 丙烯酸和二乙烯基苯各0.038mol、 AIBN 0.09 g、 乙酸丁酯100 mL、 正己烷35 mL， 加入反应瓶中， 在氮气保护下， 恒温 75反应 13 小时， 得到双层核 / 壳聚合物纳米微球。 0015 二氧化硅在微球表面进行聚集形成壳层结构 以上述步骤中制备的双层核 / 壳聚合物纳米微球为模板， 通过溶胶 - 凝胶法在 PAA 表 面原位生成厚度均一且形貌规整的 Si。
18、O2壳层。采用 Stber 方法 （Stber W., Fink A., Bohn E. J Colloid Interface Sci, 1968, 26(1):62-69.） ， 加入 55mL 氨水为催化剂， 利 用正硅酸乙酯 (TEOS)16.5g， 经过水解和缩聚反应后合成 SiO2。 0016 用 PAA 表面 PE 核作为模板沉积 SiO2时， 一般可生成 35nm 左右的独立 SiO2粒子。 由于 PE 核对 SiO2 的吸附性弱， 如果直接用 PE 作为模版沉淀 SiO2， 很难得到均匀的 SiO2壳 层结构。而当 PE 核表面共聚 PAA 后， 因 PAA 链上的羧基或羧酸。
19、根能与正硅酸乙酯的水解产 物和 SiO2粒子表面的羟基形成氢键， 从而诱导 SiO2成核生长， 最后形成规整的壳层结构。 0017 中空型聚合物 - SiO2纳米微球的制备 取 2.7g 上述步骤中制备的 SiO2核 / 壳聚合物纳米微球， 在反应体系中加入 15mL 三氯 甲烷溶解， 搅拌 7 小时， 利用三氯甲烷溶解 PE 核后得到 SiO2空心微球， 其形态了保持稳定 并且结构完整， 具有良好的球形结构。 说 明 书 CN 104415360 A 6 5/5 页 7 0018 中空型磁性纳米微球造影剂的制备 于 250mL 三口圆底反应瓶中加入上述反应步骤中所得的空心聚合物微球 1.2g。
20、、 FeCl3 6H2O 5.8g、 FeCl2 4H2O 3.3g、 去离子水 180mL， 在氮气保护下， 搅拌 1h， 超声 2.5h， 抽 滤， 去离子水冲洗 35 次。然后将所滤得微球加入除氧去离子水中， 于 85、 高速搅拌下滴 加 NH3H2O 调节 pH 值为 1112， 在氮气保护下， 恒温反应 2 h。将上述微球加入透析袋中， 用 1000 mL 纯水透析， 定期换水。透析液用滤膜过滤后， 冷冻干燥得到中空型磁性纳米微球 造影剂。 0019 最后应说明的是， 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照 较佳实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应理解， 可以对分发明的 技术方案进行修改或者同等替换， 而不脱离本发明技术方案的精神和范围， 其均应涵盖在 本发明的权利要求范围当中。 说 明 书 CN 104415360 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104415360 A 8 2/2 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104415360 A 9 。