化學所在氧化鐵納米磁共振造影劑研究中取得系列進展

　　磁性氧化鐵納米顆粒以其優異的磁共振造影增強功能及生物安全性，在生物醫學領域展示出了廣闊的應用前景。過去10年，中國科學院化學研究所膠體、界面與化學熱力學院重點實驗室研究人員圍繞磁性納米材料的生物醫學應用，系統地開展了大量的研究工作（J. Mater. Chem., 2009, 19, 6274）。

　　研究人員建立了高質量水溶性Fe3O4納米晶體的“一鍋”反應制備方法（Chem. Mater., 2004, 16, 1391），并探索了Fe3O4納米晶體的形成機理（Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 123），在相關機理的指導下制備了具有超級溶解性質的Fe3O4納米顆粒（J. Phys. Chem. B, 2008, 112, 14390）。

　　他們建立了生物相容性Fe3O4納米顆粒的“一鍋”反應制備技術（Adv. Mater., 2005, 17, 1001），發現了生物相容性Fe3O4納米顆粒的尺寸控制新機制，并在不改變反應配方的情況下，成功地實現了生物相容性磁性Fe3O4納米顆粒的尺寸控制合成（J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19512）。在此基礎上，制備了用于揭示納米顆粒體內分布的放射性111In摻雜生物相容性Fe3O4納米顆粒（Chem. Commun., 2014, 50, 2170）。此外，還探索了生物相容性磁性納米顆粒在腦部磁共振成像（Magn. Reson. Imaging, 2007, 25, 1442）及血腦屏障研究方面的應用（ACS Nano, 2012, 6, 3304）。

　　他們以磁性Fe3O4納米顆粒為核心，發展了腫瘤特異性磁共振、磁共振/核醫學雙模態分子影像探針的構建方法及體內應用方法（Adv. Mater., 2006, 18, 2553，被引用225次；Mol. Pharm., 2009, 6, 1074），深入揭示了Fe3O4納米顆粒與血漿高豐度蛋白的相互作用機理（J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 21270）。

　　借鑒上述研究，他們還發展了基于NaGdF4納米顆粒的腫瘤磁共振分子影像探針（ACS Nano, 2013, 7, 330）以及基于NaGdF4:Yb,Er納米顆粒的磁共振/光學雙模態腫瘤分子影像探針的構建方法，實現了尺寸小于2 mm腫瘤的活體檢測（ACS Nano, 2013, 7, 7227）。

　　從理論上講，磁性納米晶體的磁共振造影增強效果強烈依賴于納米顆粒的尺寸、聚集狀態和表面修飾結構等。然而，與前者相比，表面修飾對磁性納米顆粒弛豫性質的影響還沒有得到深入系統的研究。

　　最近，在基金委、科技部和科學院的資助下，該課題組深入研究了表面修飾對磁性納米顆粒弛豫性質的影響機制。他們首先設計合成了三種末端具有不同螯合基團的PEG2000配體，通過配體置換，得到了Fe3O4核心尺寸相同但表面修飾結構不同的生物相容性納米顆粒。研究發現，配體螯合基團的共軛結構可顯著增強Fe3O4納米顆粒的T2磁共振造影性能。然后結合理論分析，他們深入探討了配體螯合基團對Fe3O4納米顆粒的磁共振造影性能的影響機制。一般來講，減小Fe3O4納米顆粒的尺寸可有效提高其T1造影性能，但同時會減弱其T2造影效果。然而，利用配體螯合基團效應，在減小納米顆粒尺寸獲得優異T1造影性能的同時，可最大限度地保持小尺寸Fe3O4納米顆粒的T2造影效果。最后，利用異羥肟酸PEG修飾的3.6 nm Fe3O4納米顆粒作為磁共振造影劑，成功實現了活體腫瘤的T1和T2雙模態磁共振成像檢測。相關研究工作已經在近期被接受發表，見Adv. Mater., 2014, 26(17), 2694-2698。

化學所在氧化鐵納米磁共振造影劑研究中取得進展