[发明专利]空心氮掺杂碳球负载单原子钆造影剂的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种空心氮掺杂碳球负载单原子钆造影剂的制备方法及应用。该方法通过制备尺寸可控的纳米二氧化硅微球作为模板，将多巴胺和钆离子同时包覆在纳米二氧化硅微球表面，通过高温煅烧得到氮掺杂碳负载的单原子钆；随后将二氧化硅刻蚀掉，并进行亲水性聚合物的表面包覆，得到聚乙二醇化的空心氮掺杂碳球负载单原子钆造影剂。通过上述方法，本发明独特的Gd‑N‑C结构可以使得单原子钆被氮原子稳定地锚定而不会脱落，提高了生物安全性，表面包覆的聚乙二醇进一步提高其水溶性和生物相容性；该单原子造影剂可以充分利用每一个钆原子，提高了金属原子的利用率；其造影成像能力和效果优异，是一种应用广泛、前景良好的新型造影剂。

技术领域

本发明涉及造影剂制备技术领域，尤其涉及一种空心氮掺杂碳球负载单原子钆造影剂的制备方法及应用。

背景技术

核磁共振造影是临床中广泛应用的一种非侵入式疾病诊断方法，具有空间分辨率高，深层组织和软组织成像效果好，安全高效等优点。为了进一步提高核磁共振成像的对比度和灵敏度，基于钆元素的核磁共振造影剂被大量用于增强T₁核磁共振成像效果。钆元素具有七个同向排布的未成对电子，可以有效减少被检测组织中水质子的弛豫时间，具有显著的核磁共振造影增强性能。超过三分之一的核磁共振造影使用商用钆金属螯合物来增强成像效果。然而商用钆金属螯合物是小分子物质，代谢速度快，体内滞留时间短，由于其在全身分布，无靶向性，肿瘤富集性弱。商用钆金属螯合物在酸性环境下不稳定，还存在钆离子脱落的风险，而游离的钆离子会造成肾脏纤维化，这限制了钆螯合物造影剂在核磁共振增强成像中的应用和生物安全性。

钆基纳米材料的发展为解决小分子钆金属螯合物存在的问题提供了思路，然而合成生物相容性好，造影增强效果强和具备肿瘤靶向性的钆基纳米材料造影剂依然是一个很大的挑战。同时，纳米材料内部的钆原子因为无法与水分子充分接触，无法充分发挥其对水质子的弛豫效率的增强作用。单原子材料是一种金属在载体上以孤立原子形式存在的新兴纳米材料，具有百分之百的金属原子利用率，可调的金属原子配位结构，稳定的金属锚定和形貌尺寸可变等特点。氮掺杂碳负载的单原子催化剂已经用于肿瘤治疗，传感检测等生物应用，表现出良好的生物相容性和优异的性能。

有鉴于此，有必要设计一种改进的空心氮掺杂碳球负载单原子钆造影剂的制备方法及应用，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空心氮掺杂碳球负载单原子钆造影剂的制备方法及应用，通过该方法制备的造影剂具有良好水溶性、生物相容性、生物安全性以及极高的金属原子利用率，该造影剂在7T高场强下具有优异的体外和体内T₁核磁共振造影成像能力，是一种具有良好应用前景的新型造影剂。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种空心氮掺杂碳球负载单原子钆造影剂的制备方法，该制备方法包括采用尺寸可控的纳米级模板，将含氮有机化合物和钆离子进行负载，高温煅烧后得到氮掺杂碳负载的单原子钆，后将模板刻蚀掉、并进行亲水性聚合物的包覆，得到空心氮掺杂碳球负载单原子钆造影剂。

作为本发明的进一步改进，所述纳米级模板为纳米二氧化硅微球。

作为本发明的进一步改进，所述空心氮掺杂碳球负载单原子造影剂的制备具体包括以下步骤：

S1、将氨水和乙醇混合后加入二氧化硅前驱体进行反应，得到所述纳米二氧化硅微球；

S2、将步骤S1制得的所述纳米二氧化硅微球超声分散于pH为8.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲剂中，制得纳米二氧化硅微球溶液；

S3、将所述含氮有机化合物与钆离子按比例配制成溶液，加入步骤S2制得的所述纳米二氧化硅微球溶液中反应，得到包覆含氮有机化合物的聚合物和钆离子的纳米二氧化硅微球；

S4、将步骤S3制得的所述包覆含氮有机化合物的聚合物和钆离子的纳米二氧化硅微球进行高温煅烧，得到氮掺杂碳负载的单原子钆包覆的纳米二氧化硅微球；