超顺磁性纳米Fe3O4的表面改性设计及在MRI造影剂中的应用

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在对肝脾肿瘤诊断过程中,超顺磁性纳米粒子的重要性逐渐体现。超顺磁性纳米Fe3O4对于肝脾具有被动靶向性。但表面未被改性的纳米Fe3O4在体内易于聚集、血液循环时间不够长、不能负载药物或主动靶向性配体,因此对纳米Fe3O4进行表面改性,提高生物相容性、血液相容性、悬浮分散稳定性、主动靶向性等特性,是纳米Fe3O4能否用核磁共振造影剂实现早期诊断和治疗的关键。本文根据分子设计原理,制备了两亲性醋酸乙烯酯-甲基丙烯酸共聚物P(EA-MAA)、带有正电荷的能与DNA相互复合的季铵盐化壳聚糖、具有延长血液循环时间的PEG化壳聚糖衍生物、具有肝靶向性的乳糖化壳聚糖衍生物和同时富有靶向性和延长血液循环的PEG化乳糖化壳聚糖衍生物。首先针对核磁共振造影剂的需要,制备了具有两亲性、低蛋白吸附性、靶向性的生物高分子聚合物。研究其自聚集行为、生物相容性以及与生物蛋白的相互作用。重点研究了壳聚糖衍生物作为表面改性剂对纳米Fe3O4的改性,揭示稳定机理,评价其生物相容性。以P(EA-MAA)/CS改性Fe3O4为例,用于核磁共振造影,研究其造影效果和对肝脏的毒副作用。通过红外光谱(FTIR)、核磁(H-NMR)、元素分析等表征手段对季铵盐化壳聚糖(HTCC)、PEG化壳聚糖(PC)、乳糖化壳聚糖(GC)和PEG与乳糖化壳聚糖(PGC)的结构进行表征;通过表面张力、荧光光谱、紫外光谱等技术研究了P(EA-MAA)、PC和GC的聚集行为,并阐述其聚集机理。通过圆二色谱(CD)、紫外光谱(UV)、荧光光谱、及阻抗等,研究了P(EA-MAA)、PC和GC与BSA间的相互作用。结果表明,P(EA-MAA)与蛋白的作用较强,表现为P(EA-MAA)吸附较多量的蛋白质。PC和GC与BSA相互作用很弱,对BSA的吸附量少,而且可以很好地维持BSA构象,PC和GC具有较好的生物相容性。通过zeta电位、琼脂糖凝胶电泳等手段研究HTCC对DNA的负载,通过调节氮磷比例,可控制HTCC对DNA的负载效率。季铵盐低取代的HTCC表面改性Fe3O4同样可以负载DNA,这为免疫疾病的药物治疗提供了理想的材料。采用化学共沉淀法合成了具有超顺磁性的Fe3O4纳米粒子,并分别用P(EA-MAA)、HTCC、PC、GC和PGC作为Fe304的表面改性剂,分别制备P(EA-MAA)/CS/Fe3O4、HTCC/Fe3O4、PC/Fe3O4、GC/Fe3O4和PGC/Fe3O4悬浮分散体系。通过傅立叶红外光谱仪(FTIR)、TEM、X射线衍射(XRD)、动态光散射(DLS)等手段研究了改性纳米粒子的形貌、粒径分布及稳定机理。结果表明,P(EA-MAA)/CS/Fe3O4通过调节pH,静电相互作用逐层改性,HTCC/Fe3O4主要通过静电相互作用机理化学吸附在纳米Fe3O4表面,而PC/Fe3O4、GC/Fe3O4和PGC/Fe3O4主要通过静电荷和配位机理共同作用。高分子聚合物改性对纳米Fe3O4悬浮分散稳定的机理主要是空间位阻与静电排斥稳定作用。通过MRI对P(EA-MAA)/CS/Fe3O4、HTCC/Fe3O4和PGC/Fe3O4不同序列下的检测,以及对动物体注射前后的对比,可以看出纳米Fe3O4是一种T2敏感的阴性对比剂。通过对非酒精性脂肪肝模型的构建,P(EA-MAA)/CS表面改性Fe3O4作为造影剂,结果表明,P(EA-MAA)/CS/Fe3O4成功检测出脂肪肝病变。铁毒性实验表明,改性后的纳米Fe3O4对肝脏不会造成铁毒性,可以安全使用。
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