化学所在氧化铁纳米磁共振造影剂研究中取得系列进展

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                                                        化学所在氧化铁纳米磁共振造影剂研究中取得进展
         

        磁性氧化铁纳米颗粒以其优异的磁共振造影增强功能及生物安全性，在生物医学领域展示出了广阔的应用前景。过去10年，中国科学院化学研究所胶体、界面与化学热力学院重点实验室研究人员围绕磁性纳米材料的生物医学应用，系统地开展了大量的研究工作（J.Mater.Chem.,2009,19,6274）。

研究人员建立了高质量水溶性Fe3O4纳米晶体的“一锅”反应制备方法（Chem.Mater.,2004,16,1391），并探索了Fe3O4纳米晶体的形成机理（Angew.Chem.Int.Ed.,2005,44,123），在相关机理的指导下制备了具有超级溶解性质的Fe3O4纳米颗粒（J.Phys.Chem.B,2008,112,14390）。

他们建立了生物相容性Fe3O4纳米颗粒的“一锅”反应制备技术（Adv.Mater.,2005,17,1001），发现了生物相容性Fe3O4纳米颗粒的尺寸控制新机制，并在不改变反应配方的情况下，成功地实现了生物相容性磁性Fe3O4纳米颗粒的尺寸控制合成（J.Am.Chem.Soc.,2011,133,19512）。在此基础上，制备了用于揭示纳米颗粒体内分布的放射性111In掺杂生物相容性Fe3O4纳米颗粒（Chem.Commun.,2014,50,2170）。此外，还探索了生物相容性磁性纳米颗粒在脑部磁共振成像（Magn.Reson.Imaging,2007,25,1442）及血脑屏障研究方面的应用（ACSNano,2012,6,3304）。

他们以磁性Fe3O4纳米颗粒为核心，发展了肿瘤特异性磁共振、磁共振/核医学双模态分子影像探针的构建方法及体内应用方法（Adv.Mater.,2006,18,2553，被引用225次；Mol.Pharm.,2009,6,1074），深入揭示了Fe3O4纳米颗粒与血浆高丰度蛋白的相互作用机理（J.Phys.Chem.C,2010,114,21270）。

借鉴上述研究，他们还发展了基于NaGdF4纳米颗粒的肿瘤磁共振分子影像探针（ACSNano,2013,7,330）以及基于NaGdF4:Yb,Er纳米颗粒的磁共振/光学双模态肿瘤分子影像探针的构建方法，实现了尺寸小于2mm肿瘤的活体检测（ACSNano,2013,7,7227）。

从理论上讲，磁性纳米晶体的磁共振造影增强效果强烈依赖于纳米颗粒的尺寸、聚集状态和表面修饰结构等。然而，与前者相比，表面修饰对磁性纳米颗粒弛豫性质的影响还没有得到深入系统的研究。

最近，在基金委、科技部和科学院的资助下，该课题组深入研究了表面修饰对磁性纳米颗粒弛豫性质的影响机制。他们首先设计合成了三种末端具有不同螯合基团的PEG2000配体，通过配体置换，得到了Fe3O4核心尺寸相同但表面修饰结构不同的生物相容性纳米颗粒。研究发现，配体螯合基团的共轭结构可显著增强Fe3O4纳米颗粒的T2磁共振造影性能。然后结合理论分析，他们深入探讨了配体螯合基团对Fe3O4纳米颗粒的磁共振造影性能的影响机制。一般来讲，减小Fe3O4纳米颗粒的尺寸可有效提高其T1造影性能，但同时会减弱其T2造影效果。然而，利用配体螯合基团效应，在减小纳米颗粒尺寸获得优异T1造影性能的同时，可最大限度地保持小尺寸Fe3O4纳米颗粒的T2造影效果。最后，利用异羟肟酸PEG修饰的3.6nmFe3O4纳米颗粒作为磁共振造影剂，成功实现了活体肿瘤的T1和T2双模态磁共振成像检测。相关研究工作已经在近期被接受发表，见Adv.Mater.,2014,26(17),2694-2698。

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磁性氧化铁纳米颗粒在生物医学领域展示出了广阔的应用前景。