一種用于磁共振造影劑的熒光量子點及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導體納米材料制備和醫(yī)用材料【技術領域】，涉及一種用于磁共振造影劑的低毒性熒光量子點及其制備方法。量子點具體結構為GdAg2S，制備方法為，首先將醋酸銀氯化釓和油酸與六烷基硫醇溶于十八烯中，升溫至50～120℃，然后注入硫的硫醇溶液，保持20分鐘。本發(fā)明制備的量子點具有雙功能，既可用作核磁共振成像造影劑，又有在可見到近紅外波段可調(diào)的熒光性質(zhì)，同時還具有低毒，高穩(wěn)定性等特點，制備方法操作簡單，綠色環(huán)保。
【專利說明】一種用于磁共振造影劑的熒光量子點及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體納米材料制備和醫(yī)用材料【技術領域】，具體涉及一種可用于磁共振造影劑的熒光量子點及其制備方法。

【背景技術】
[0002]核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)技術是自20世紀80年代初開始逐漸發(fā)展起來的一種創(chuàng)新性的醫(yī)學影像診斷技術，它利用磁共振現(xiàn)象從人體中獲得電磁信號，并重建出人體信息，由于該技術具有非侵入性診斷、高分辨解剖學成像和定量評估發(fā)病機理等明顯優(yōu)點，并且MRI檢測相對安全，能夠避免對人體的電離損害，因此與傳統(tǒng)的醫(yī)學成像技術，如CT檢測和核素成像(PET)相比具有更為廣闊的應用前景。目前該技術在臨床上雖然已經(jīng)有著很長一段時間的應用，但是由于靈敏度和準確度有限，對于多數(shù)疾病的早期診斷還不能給出明確的診斷結果，選用高效的核磁共振成像造影劑是目前解決該問題最直接的方法，在造影劑的作用下，人體組織周圍部分水分子的縱、橫向弛豫時間將有所改變，以達到提高MRI檢驗的靈敏度和準確率的目的。
[0003]現(xiàn)有的用于核磁共振成像的造影劑從化學組成上可以簡單的分成兩個大類:超順磁性的過渡金屬配合物和鐵磁性氧化物納米顆粒。臨床上多數(shù)使用的造影劑為前者，其中絕大多數(shù)使用的是稀土元素Gd的配合物，由于配合物結構并不十分穩(wěn)定，大量非人體必需的Gd元素，勢必會帶來一些毒副作用。這制約著該技術的發(fā)展和進步，如何進一步有效的發(fā)展和利用Gd元素為基礎的造影劑，一直是近年來廣受關注的MRI技術難題。Gd元素摻雜的熒光量子點是一類新型的復合造影劑，具有磁、光雙性質(zhì)，既可用于磁共振造影又可用于生物熒光標記。由于銀、硫元素自然界儲量豐富，且Ag2S量子點發(fā)光區(qū)域剛好是近紅外區(qū)可以有效避免生物體組織的熒光干擾，更重要的是Ag2S具有低毒性和易于制備的優(yōu)點，因此選用Ag2S量子點作為被摻雜主體有利于其在生物醫(yī)療等方面的應用，但這方面的技術目前并未見有公開的文獻報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是，克服【背景技術】中現(xiàn)有磁共振造影劑存在的不足，提供一種具有無毒、高穩(wěn)定性的既可作為磁共振成像的造影劑又可用于熒光標記檢測的量子點材料。
[0005]本發(fā)明的技術問題通過以下技術方案解決:
[0006]一種用于磁共振成像的熒光量子點，具體的為Gd元素摻雜的Ag2S量子點(記為GdOAg2S),摻雜量為Gd與Ag元素的摩爾比為1: 10?1: 160。
[0007]所述的量子點的粒度優(yōu)選為1.5?3.5納米；表面配體優(yōu)選疏水性的有機分子，更優(yōu)選油酸和六烷基硫醇。
[0008]一種Gd元素摻雜的Ag2S量子點的制備方法，首先將醋酸銀、氯化釓和油酸與六烷基硫醇溶于十八烯中，氯化釓的用量為所含的Gd元素與所述的醋酸銀中所含的Ag元素按摩爾比為1: 10?1: 160，油酸與六烷基硫醇作為配體用量均符合計量比；升溫至50?120°C，然后注入硫的六烷基硫醇溶液，保持20分鐘，制得Gd元素摻雜的Ag2S量子點，最后加入丙酮或者乙醇致量子點沉淀，進而分散到氯仿或己烷溶劑中，得到提純的Gd元素摻雜的Ag2S量子點；其中硫的用量符合化學計量比。
[0009]所述的硫的六烷基硫醇溶液的濃度優(yōu)選Immol/mL，所述的十八稀的用量優(yōu)選每毫摩爾Ag元素使用50mL。
[0010]本發(fā)明通過調(diào)控陽離子的活性，注入硫單體的辦法制備GdOAg2S量子點。通過調(diào)控反應溫度以控制量子點的尺寸，通過調(diào)控GdCl3的投料量實現(xiàn)了不同摻雜濃度的GdOAg2S量子點的制備。獲得的不同尺寸量子點表現(xiàn)出不同的光學性質(zhì)，實現(xiàn)了熒光光譜可調(diào)，范圍從可見光到近紅外波段。最重要的是，GdOAg2S量子點可以作為核磁共振成像的造影劑，且摻雜濃度不同的量子點所表現(xiàn)出的對弛豫時間的影響，符合Gd濃度的變化趨勢，這種方法操作簡單，成本低廉，易于擴大規(guī)模生產(chǎn)，而且其較低的生物毒性、較高的化學穩(wěn)定性、優(yōu)異的雙功能特性預示著廣闊的應用前景。
[0011]本發(fā)明的量子點不含有劇毒的重金屬元素，制備的量子點顯示出良好的單分散性，通過調(diào)控量子點的尺寸和組成，其光學發(fā)光波長為680到900納米，涵蓋了可見和近紅外區(qū)。本發(fā)明的量子點表面有適合的配體鈍化量子點表面，因而獲得的量子點有較高的熒光效率。
[0012]綜上所述，本發(fā)明有以下有益效果:
[0013]1、獲得的量子點具有雙功能，既可用作核磁共振成像造影劑，還有可見到近紅外波段可調(diào)的熒光性質(zhì)。
[0014]2、與現(xiàn)有的核磁共振造影劑相比，本發(fā)明具有良好的細胞相容性，可以對生物體在體無損非侵入分析和檢測；
[0015]3、與現(xiàn)有的核磁共振造影劑相比，本發(fā)明具有較高的結構穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。
[0016]4、Gd的摻雜量通過投料比調(diào)控。
[0017]5、不需要對粒子進行尺寸選擇。
[0018]6、反應不需要抽真空，操作簡單，更接近“綠色”。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0019]圖1是實施例1不同溫度條件下制備具有化學計量比的(Gd: Ag: S =
0.1: I: 0.5)不同尺寸的GdOAg2S量子點的吸收和熒光光譜。
[0020]圖2是實施例1不同溫度條件下制備具有化學計量比(Gd: Ag: S =
0.1: I: 0.5)的不同尺寸的GdOAg2S量子點的透射電鏡照片。
[0021]圖3是實施例2在75°C下制備的粒度為2.6nm的具有不同Gd含量的量子點的元素分析結果。
[0022]圖4是實施例3在反應溫度為120°C時制備的粒度為3.5nm具有化學計量比(Gd: Ag: S = 0.1: I: 0.5)的量子點的X射線粉末衍射分析結果。
[0023]圖5是用本發(fā)明作為造影劑進行核磁共振成像結果?！揪唧w實施方式】:
[0024]實施例1:
[0025]首先將5ml十八烯、0.1mmol醋酸銀和0.0lmmol氯化禮,0.1mmol油酸和0.1mmol六烷基硫醇加入反應瓶，隨后溶液升溫至50°C，將0.05mmol單質(zhì)硫溶解在0.05ml六烷基硫醇中并迅速注入上述反應溶液中并保持20分鐘，制得化學計量比Gd: Ag為1: 10的粒子尺寸為1.5nm的GdOAg2S量子點。
[0026]不改變本實施例中GdOAg2S量子點制備原料和制備過程，只將溶液升溫至50°C改變?yōu)槿芤荷郎刂?5°C，制得化學計量比Gd: Ag為1: 10的粒子尺寸為2.6nm的GdOAg2S量子點。
[0027]不改變本實施例中GdOAg2S量子點制備原料和制備過程，只將溶液升溫至50°C改變?yōu)槿芤荷郎刂?20°C，制得化學計量比Gd: Ag為1: 10的粒子尺寸為3.5nm的GdOAg2S量子點。
[0028]圖1給出本實施例中不同溫度下制備具有相同化學計量比的不同尺寸的GdOAg2S量子點的吸收和熒光光譜。自下至上3對曲線對應的量子點的粒度分別為1.5nm、2.6nm、3.5nm，并且分別對應反應溫度為50°C、75°C和120°C。
[0029]圖2給出本實施例中不同溫度下制備具有相同化學計量比的不同尺寸的GdOAg2S量子點的透射電鏡照片。從左到右的a、b、c分別對應量子點的粒度為1.5nm、2.6nm、3.5nm，并且分別對應反應溫度為50°C、75°C和120°C。
[0030]實施例2:
[0031]首先將50ml十八烯、Immol醋酸銀和0.00625mmol氯化禮，Immol油酸和Immol六烷基硫醇加入反應瓶，隨后溶液升溫至75°C，0.5mmol單質(zhì)硫溶解在0.5ml六烷基硫醇中并迅速注入上述反應溶液中并保持20分鐘，制得化學計量比Gd: Ag為1: 160的粒子尺寸為2.6nm的GdOAg2S量子點。
[0032]不改變本實施例中GdOAg2S量子點制備原料和制備過程，只將氯化釓的用量分別改變?yōu)?0.00625X2mmol,0.00625X4mmol,0.00625X8mmol,0.00625X 16mmol，能夠分別制得化學計量比Gd: Ag為1: 160、1: 80,1: 40,1: 20,1: 10的粒子尺寸為2.6nm的
GdiAg2S量子點。
[0033]圖3是本實施例在75°C下制備的粒度為2.6nm的具有不同Gd含量的量子點的元素分析結果。其中Ag: S=1: 0.5;自上至下5條曲線分別對應Gd: Ag = I: 160、1: 80、1: 40、1: 20 和 1: 10。
[0034]實施例3:
[0035]首先將20ml十八烯、0.4mmo1醋酸銀和0.04mmo1氯化禮,0.4mmo1油酸和0.4mmo1六烷基硫醇加入反應瓶，隨后溶液升溫至120°C，0.2mmol單質(zhì)硫溶解在0.2ml六烷基硫醇中并迅速注入到上述反應溶液中并保持20分鐘，制得化學計量比Gd: Ag為1: 10的尺寸為3.5nm的GdOAg2S量子點。
[0036]圖4是實施例3在反應溫度為120°C時制備的粒度為3.5nm具有化學計量比(Gd: Ag: S = 0.1: I: 0.5)的量子點的X射線粉末衍射分析結果。
[0037]不改變本實施例中GdOAg2S量子點制備原料和制備過程，只將氯化釓用量改變?yōu)?br> 0.0 ImmoI，最后能夠制得化學計量比Gd: Ag為1: 40的尺寸為3.5nm的GdiAg2S量子點。
[0038]實施例4:
[0039]首先將5ml十八烯、0.1mmol醋酸銀和0.005mmol氯化禮，0.1mmol油酸和0.1mmol六烷基硫醇加入反應瓶，隨后溶液升溫至50°C，0.05mmol單質(zhì)硫溶解在0.05ml六烷基硫醇中并迅速注入到上述反應溶液中并保持20分鐘，制得化學計量比Gd: Ag為1: 20的尺寸為1.5nm的GdOAg2S量子點。
[0040]實施例5:
[0041]首先將5ml十八烯、0.1mmol醋酸銀和0.001 2SmmoI氯化禮,0.1mmol油酸和
0.1mmol六烷基硫醇加入反應瓶，隨后溶液升溫至至50°C，0.05mmol單質(zhì)硫溶解在0.05ml六烷基硫醇中并迅速注入到上述反應溶液中并保持20分鐘，制得化學計量比Gd: Ag為I: 80的尺寸為1.5nm的GdOAg2S量子點。
[0042]實施例6:
[0043]對實施例2制備的量子點進行近紅外熒光染料IR-125標定，具體步驟如下:
[0044]取實施例2制備的GdOAg2S量子點(發(fā)射峰為780nm)溶于20°C的正己烷溶液中，濃度稀釋到使吸收光譜中715nm處的吸光度值為0.05，將熒光染料IR-125溶解在20°C的甲醇中，濃度也稀釋到使吸收光譜中715nm處的吸光度值為0.05 ;然后對于稀釋好的兩溶液以715nm波長激發(fā)，分別得到熒光光譜，計算得GdOAg2S量子點與染料的積分面積比值為
1.89，GdiAg2S量子點的熒光量子效率計算公式為
[0045]Φ x = Φ s (nx/ns)2 (Ajkx) (Fx/Fs)
[0046]其中Φ為熒光量子效率，η表示溶劑在測試溫度下的折光率，A為溶液在激發(fā)波長位置的吸光度值，F(xiàn)為熒光光譜的積分面積，每個參數(shù)的下標X表示待測試的GdOZnAgInS3量子點，下標S表示標準物質(zhì)突光染料IR-125。
[0047]將結果代入熒光量子效率計算公式進行計算，兩溶液在激發(fā)波長715nm處的吸光度值As和Ax均為0.05 ；甲醇在20°C的折光率ns為1.44，正己烷在20°C的折光率nx為
1.388 ;測定得到的積分面積比值Fx/Fs為1.89，熒光染料IR-125在甲醇中的熒光量子效率03為4%。經(jīng)計算，制得的GdOAg2S量子點熒光量子效率為7%，顯示出本發(fā)明制備的量子點材料具有很高的熒光量子效率。
[0048]實施例7:
[0049]取等量的不含造影劑的純凈水和摻雜Gd元素比例依次為1.25%、2.5%、5%和10%的且粒度均為2.6nm的GdOAg2S量子點溶液，使各樣品中Gd元素的濃度分別為OmM，0.0125mM,0.025mM,0.05mM和0.1mM，對其進行核磁共振造影測試，結果如圖5。
[0050]圖5中從左至右依次對應無造影劑、摻雜Gd元素L 25%、2.5%、5%和10%的GdOAg2S量子點溶液作為造影劑，上排圖形是上述溶液的T1加權像(T1W images)，下排圖形是上述溶液的T2加權像(T2W images)。
【權利要求】
1.一種用于磁共振成像的熒光量子點，具體的為Gd元素摻雜的Ag2S量子點，摻雜量為Gd與Ag元素的摩爾比為1:10?1:160。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于磁共振成像的熒光量子點，其特征在于，所述的量子點的粒度為1.5?3.5納米；表面配體是疏水性的有機分子。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種用于磁共振成像的熒光量子點，其特征在于，所述的量子點，其表面配體是油酸或/和六烷基硫醇。
4.一種權利要求1的Gd元素摻雜的Ag2S量子點的制備方法，首先將醋酸銀、氯化釓和油酸與六烷基硫醇溶于十八烯中，氯化釓的用量為所含的Gd元素與所述的醋酸銀中所含的Ag元素按摩爾比為1: 10?1: 160，油酸與六烷基硫醇作為配體用量均符合計量比；升溫至50?120°C，然后注入硫的六烷基硫醇溶液，保持20分鐘，制得Gd元素摻雜的Ag2S量子點，最后加入丙酮或者乙醇致量子點沉淀，進而分散到氯仿或己烷溶劑中，得到提純的Gd元素摻雜的Ag2S量子點；其中硫的用量符合化學計量比。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種Gd元素摻雜的Ag2S量子點的制備方法，其特征在于，所述的硫的六烷基硫醇溶液的濃度為lmol/L，所述的十八稀的用量為每毫摩爾Ag元素使用50mLo
【文檔編號】C09K11/58GK104327848SQ201410546487
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權日:2014年10月14日
【發(fā)明者】劉洋, 盛輝, 李冬澤, 解仁國 申請人:吉林大學