納米γ-Fe₂O₃弛豫率標準物質及其制備方法

專利名稱：納米γ-Fe₂O₃弛豫率標準物質及其制備方法
技術領域：
本發明屬于計量量值傳遞的技術領域，具體涉及納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質， 是為了滿足磁共振納米造影劑研發、臨床和生產質量控制與評價的需求而提出的。
背景技術：
磁性納米氧化鐵(如Fe3CV Y "Fe2O3)因其豐富的磁學特性和良好的生物相容性， 在磁共振成像對比劑、磁靶向藥物載體、細胞與生物分子分離、生物傳感與檢測以及磁感應 腫瘤熱療等生物醫學領域有廣泛的應用。磁共振成像(MRI)是繼超聲波掃描成像(如B超)、X-CT之后，二十世紀八十年 代以來發展起來的醫用影像學中的最重要的成就之一。它具有無電離輻射性(放射線)損 害、無骨性偽影、能多方向(橫斷、冠狀、矢狀切面等)和多參數成像、高度的軟組織分辨能 力以及可以進行功能成像的優點。人體組織的MRI信號強度取決于兩大類參數，一類是代 表組織固有特性的參數，如掃描層面內質子密度及弛豫時間T1和T2 ；另一類是掃描參數如 TR、TE。為了提高MR成像圖上組織對比度，可以選擇適當掃描脈沖序列和參數，從而達到選 擇性增加或減少組織的信號強度的目的，以提高組織的對比度。另一方面，MRI與其他影像 技術一樣，常常借助造影劑的作用來提高診斷能力，尤其是正在發展中的組織和器官的特 異性造影劑的應用，可明顯提高病變檢出和定性診斷的能力。目前，常用的MRI造影劑為順 磁性金屬離子(如Gd3+)的有機分子配合物，通常為陽性對比劑，能有效地縮短T1馳豫時間， 提高影像對比度，代表的產品如釓噴酸葡胺。氧化鐵納米粒是新一代的MRI造影劑，它除了 具有對比增強效果好、毒副作用小等優勢，還具有獨特的肝臟、淋巴、骨髓等被動靶向性，因 此成為近年來肝靶向MRI造影劑的研究熱點。目前氧化鐵磁性液體作為MRI造影劑已經進 入臨床應用階段，國外包括美國Advanced Magnetics公司及德國Schering公司等已經開 發出十幾種產品并部分通過批準上市，已經有相關產品標準，但還未見相應標準物質或標 準樣品研制的報道，國內也無相關標準研制的報道。鑒于磁性納米氧化鐵造影劑的廣泛應 用和臨床及生產對產品質量的要求，急需相應標準物質或標準樣品的研制，以便于規范磁 性納米氧化鐵造影劑的研制、生產以及保證其性能指標。

發明內容
發明目的針對現有技術中存在的不足，本發明的目的是提供一種納米Y-Fe2O3 弛豫率標準物質，是針對納米氧化鐵磁共振造影劑這一具體臨床應用領域，是為了滿足磁 共振納米造影劑研發、臨床和生產質量控制與評價的需求。技術方案為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下一種納米 Y -Fe2O3弛豫率標準物質，為Y -Fe2O3納米顆粒的水膠體溶液，具有準確的弛豫率定值為 311. ImT1 · S—1，總的不確定度為 11. 2mM_1 · S1。所述的納米γ -Fe2O3弛豫率標準物質具有超順磁性，飽和磁化強度約SOemu/ g (Fe)，磁核平均尺寸8-10納米，水動力平均尺寸70-80納米，具有立方尖晶石結構，表面因修飾二巰基丁二酸而穩定分散在水溶液中。本發明中納米Y -Fe2O3弛豫率標準物質通過以下步驟制成(1)化學共沉淀法制備Fe3O4納米顆粒按照Fe3+和Fe2+摩爾比2 1條件投料， 制備FeCl3 ·6Η20(54. 05g)和FeSO4 · 7H20 (27. 80g)的混合水溶液，在通氮氣攪拌條件下，加 入1. 25L質量濃度為12. 5%四甲基氫氧化銨的水溶液，室溫反應lh，對得到的黑色沉淀進 行磁分離洗滌一次。(2)化學氧化Fe3O4納米顆粒制備Y -Fe2O3納米顆粒將制備的Fe3O4納米顆粒稀 釋至濃度約為2g/L，用2M的鹽酸溶液調節pH值為3，90°C加熱攪拌，同時用空氣泵鼓入空 氣進行氧化反應5h，從而制得γ-Fe2O3納米顆粒。反應結束后，磁分離洗滌一次。(3)制備表面修飾二巰基丁二酸的Y-Fe2O3納米顆粒水膠體溶液將制備的 Y -Fe2O3納米顆粒稀釋至約2g/L，調節pH為2. 7，加入總鐵量5_10 %的二巰基丁二酸進行 表面修飾反應，共攪拌反應5h。反應結束后磁分離洗滌一次，用四甲基氫氧化銨水溶液調節 PH為10，反復超聲直至pH在10保持穩定，然后調回pH值為中性，并對得到的水膠體進行 透析3天，透析后采用5000轉/分鐘轉速離心20分鐘除去少量沉淀，再經0. 22微米濾膜 過濾后，即得到穩定均勻的Y-Fe2O3納米顆粒水膠體溶液，可分裝成0.5g/L納米Y-Fe2O3 弛豫率標準物質若干瓶。步驟(3)中，制備出的Y-Fe2O3納米顆粒水膠體溶液，分裝置于玻璃瓶中，控溫 4°C，保存。本發明中還確定了納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質的保存裝置和條件。通過選擇玻 璃瓶和塑料瓶，分別于4°C冰箱保存和室溫保存進行比對試驗，經過半年的保存后，發現保 存在玻璃瓶并且置于4°C冰箱中的樣品非常穩定，無任何沉淀聚集現象，各種理化特性基本 保持不變，而塑料瓶和室溫條件對樣品保持穩定不利，會產生少許沉淀，因此該標準物質以 玻璃瓶分裝(每瓶5mL)，長期儲存和進行運輸時需置于4°C條件下。為了準確定值和確定不確定度，本發明中納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質通 過如下方法進行定值，并遵循《ISO Guide 35 2006, Reference materials-General andstatistical principles for certification，IDT》和《GB/T 15000. 3-94 標準樣品工 作導則(3)標準樣品定值的一般原則和統計方法》。(1)均勻性檢測隨機抽取15瓶樣品，采用臨床用西門子1.5T磁共振儀測定弛豫 率，每個樣品重復測量3次，采用方差分析法(F檢驗法)進行均勻性檢測，并求出樣品不均 勻性引入的不確定度SH。(2)穩定性檢測采用臨床用西門子1. 5T磁共振儀測定樣品不同時間的弛豫率， 采用平均值一致性檢驗法(T檢驗法)進行穩定性檢測，并求出樣品穩定性所引入的不確定
度St。(3)多家協作定值選擇八家醫院，每家醫院隨機抽取3瓶樣品，采用臨床用西門 子1. 5T磁共振儀測定三個樣品的弛豫率，根據導則中規定的方法計算弛豫率定值和定值
過程引入的不確定度S，總的不確定度由公式f/zi^/^+g+衫進行計算，其中展伸因子K取2。經過數據統計、計算和處理，最終確定納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質的最佳定值 為 311. ImT1 · S—1，總的不確定度為 11. 2mM_1 · S—1。
本發明中納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質定值通過如下方法測定其弛豫率樣品 用超純水稀釋成不同濃度，從0到2. 5μ gFe/mL ；使用臨床西門子磁共振儀，測量不同濃度 樣品的T2弛豫時間，通過線性擬合1/T2對樣品濃度的斜率，即為該樣品的弛豫率值。測 量時，使用頭頸線圈，樣品置于中心位置，選擇自旋回波序列(t2-se-tra-16-ech0es)，矩 陣168x256，激勵次數為1，層厚5mm，設置冠狀位掃描一層，重復時間(TR)為2500ms，從 22-352ms選擇16個回波時間(TE)進行測量，感興趣區域(ROI)取恒定尺寸(125像素 /0. 30cm2)讀取 T2 值。有益效果本發明首次提供了一種納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質，填補了該領域 的國內外空白，為MRI磁性納米粒子造影劑研制、生產及未來應用提供了比對標準，對加快 和規范該領域的發展具有重要意義，同時，制備的納米Y-Fe2O3具有高的弛豫率和穩定性， 其做為MRI造影劑將具有很大的應用價值。能夠產生很好的社會效益，具有較好的經濟前 景。本發明制備納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質的方法，步驟少，操作簡單，成本低，易于實 施，有利于開展工業化生產。
具體實施例方式實施例1一種制備納米、-Fe2O3弛豫率標準物質的方法，包括以下步驟(1)化學共沉淀法制備Fe3O4納米顆粒按照Fe3+和Fe2+摩爾比2 1條件投料，用200ml的2M的鹽酸溶液超聲攪拌溶解 54. 05gFeCl3 · 6H20，加入3L單層玻璃反應釜中，通氮氣攪拌。再用50ml 2M的鹽酸溶液超 聲條件下溶解27. SOgFeSO4 · 7H20,然后加入上述Fe3+溶液中。通氮氣攪拌條件下，用蠕動 泵將1.25L 12. 5%的(CH3)4NOH水溶液快速加入至鐵鹽溶液中，室溫反應lh。然后進行磁 分離洗滌一次，制得Fe3O4納米顆粒，用于后繼的氧化和表面修飾。(2)化學氧化Fe3O4納米顆粒制備Y -Fe2O3納米顆粒將步驟(1)制得的Fe3O4納米顆粒稀釋至濃度約為2g/L，用2M的鹽酸溶液調節pH 值為3后，加入雙層玻璃反應釜中進行油浴加熱攪拌(反應體系溫度為90°C )，同時用空氣 泵鼓入空氣進行氧化反應5h。反應結束后，對制得的Y-Fe2O3納米顆粒磁分離洗滌一次。(3)制備表面修飾二巰基丁二酸的Y-Fe2O3納米顆粒水膠體溶液將制備的γ -Fe2O3納米顆粒稀釋至約2g/L，調節pH為2. 7后，加入雙層玻璃反應 釜中。稱取相當于總鐵重量10%的二巰基丁二酸超聲溶解于50ml的DMSO溶液中，然后加入 至Y-Fe2O3溶液中攪拌反應5h。反應結束后磁分離洗滌一次，用四甲基氫氧化銨水溶液調 節PH為10，反復超聲直至pH在10保持穩定，然后調回pH值為中性，并對得到的水膠體進 行透析3天，透析后采用5000轉/分鐘轉速離心20分鐘除去少量沉淀，再經0. 22微米濾膜 過濾后，即得到穩定均勻的Y-Fe2O3納米顆粒水膠體溶液，可分裝成0.5g/L納米Y-Fe2O3 弛豫率標準物質若干瓶(白色玻璃瓶，每瓶5mL)，密封后于4°C冰箱保存。實施例2弛豫率測定采用臨床用西門子1.5T磁共振儀，并按照本發明說明書中規定的方 法進行測定。制備出的樣品經方差分析法(F檢驗法)和平均值一致性檢驗法(T檢驗法) 檢驗，證明均勻性和穩定性良好，并求出樣品不均勻性引入的不確定度Sh = 0. SSmT1 · S"1,以及樣品穩定性所引入的不確定度St = 4. QlmM-1 · S—1。根據((ISO Guide 35 :2006, Reference materials-General and statistical principlesfor certification, IDT》和《GB/T 15000. 3-94 標準樣品工作導則(3)標準 樣品定值的一般原則和統計方法》，對納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質進行多家協作定值， 定值選擇擁有西門子1. 5T磁共振儀的八家正規醫院，每家醫院隨機抽取3瓶樣品，按照本 發明說明書中規定的方法測定三個樣品的弛豫率，并根據導則中規定方法計算弛豫率定值 為311. ImT1 · S—1，以及定值過程引入的不確定度S = 2. 54mM^ · S—1。結合均勻性和穩定
性檢驗，根據公式
權利要求
一種納米γ Fe2O3弛豫率標準物質，其特征在于所述的納米γ Fe2O3弛豫率標準物質為γ Fe2O3納米顆粒的水膠體溶液，它的弛豫率定值為311.1mM 1·S 1，總的不確定度為11.2mM 1·S 1。
2.根據權利要求1所述的納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質，其特征在于所述的納米 Y -Fe2O3弛豫率標準物質具有超順磁性，飽和磁化強度為80emu/g (Fe)，磁核平均尺寸8_10 納米，水動力平均尺寸70-80納米，具有立方尖晶石結構，表面修飾有二巰基丁二酸。
3.一種制備權利要求1所述的納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質的方法，其特征在于，包 括以下步驟(1)化學共沉淀法制備Fe3O4納米顆粒按照 Fe3+和 Fe2+摩爾比 2 1 條件投料，制備 54. 05g FeCl3 ·6Η20和 27. 80g FeSO4 ·7Η20 的混合水溶液，在通氮氣攪拌條件下，加入1. 25L質量濃度為12. 5%四甲基氫氧化銨的水 溶液，室溫反應lh，對得到的黑色沉淀進行磁分離洗滌一次；(2)化學氧化Fe3O4納米顆粒制備Y-Fe2O3納米顆粒將步驟(1)制備的Fe3O4納米顆粒稀釋至濃度為2g/L，用2M的鹽酸溶液調節pH值為 3，90°C加熱攪拌，同時用空氣泵鼓入空氣進行氧化反應5h，制得Y-Fe2O3納米顆粒；反應結 束后，磁分離洗滌一次；(3)制備表面修飾二巰基丁二酸的Y-Fe2O3納米顆粒水膠體溶液將步驟(2)制備的γ -Fe2O3納米顆粒稀釋至2g/L，調節pH為2. 7，加入總鐵量5-10% 的二巰基丁二酸進行表面修飾反應，共攪拌反應5h。反應結束后磁分離洗滌一次，用四甲基 氫氧化銨水溶液調節PH為10，反復超聲直至pH在10保持穩定，然后調回pH值為中性，并 對得到的水膠體進行透析3天，透析后采用5000轉/分鐘轉速離心20分鐘除去少量沉淀， 再經0. 22微米濾膜過濾后，即得到穩定均勻的Y -Fe2O3納米顆粒水膠體溶液。
4.根據權利要求3所述的制備權利要求1所述的納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質的方 法，其特征在于步驟(3)中，制備出的Y-Fe2O3納米顆粒水膠體溶液，分裝置于玻璃瓶中， 控溫4°C，保存。
5.權利要求1所述的納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質的定值方法，其特征在于，包 括弛豫率測定采用臨床用西門子1.5T磁共振儀，制備出的樣品經方差分析法和平均 值一致性檢驗法檢驗，證明均勻性和穩定性良好，并求出樣品不均勻性引入的不確定 度Sh = 0. SSmT1 · S"1,以及樣品長期穩定性所引入的不確定度St = 4. WmT1 · S—1 ；根據 ((ISOGuide 35 :2006, Reference materials-General and statistical principles for certification，IDT》和《GB/T 15000. 3-94標準樣品工作導則(3)標準樣品定值的一般原 則和統計方法》，對納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質進行多家協作定值，定值選擇擁有西門子I.5T磁共振儀的八家正規醫院，每家醫院隨機抽取3瓶樣品，測定弛豫率，并根據導則中規 定方法計算弛豫率定值為311. ImT1 .S-1，以及定值過程引入的不確定度S = 2. δ^1 -S"1 ；結合均勻性和穩定性檢驗，根據公式計算總的不確定度由為U =II.2mM^ · S—1，其中，展伸因子K取2。
6.一種測定權利要求1所述的納米Y-Fe2O3弛豫率標準物質弛豫率的方法，其特 征在于，包括樣品用超純水稀釋成不同濃度，從O到2. 5μ gFe/mL ；使用臨床西門子磁共振儀，測量不同濃度樣品的T2弛豫時間，通過線性擬合1/%對樣品濃度的斜率，即 為該樣品的弛豫率值；測量時，使用頭頸線圈，樣品置于中心位置，選擇自旋回波序列 (t2-se-tra-16-echoes)，矩陣168x256，激勵次數為1，層厚5mm，設置冠狀位掃描一層，重 復時間為2500ms，從22-352ms選擇16個回波時間進行測量，感興趣區域取恒定尺寸讀取T2值。
全文摘要
本發明公開了一種納米γ-Fe2O3弛豫率標準物質及其制備方法。該納米γ-Fe2O3弛豫率標準物質為γ-Fe2O3納米顆粒的水膠體溶液，它的弛豫率定值為311.1mm-1·S-1，總的不確定度為11.2mm-1·S-1。該制備方法包括化學共沉淀法制備Fe3O4納米顆粒、化學氧化Fe3O4納米顆粒制備γ-Fe2O3納米顆粒和制備表面修飾二巰基丁二酸的γ-Fe2O3納米顆粒水膠體溶液。本發明首次提供了一種納米γ-Fe2O3弛豫率標準物質，填補了該領域的國內外空白，為MRI磁性納米粒子造影劑研制、生產及未來應用提供了比對標準，對加快和規范該領域的發展具有重要意義，同時，制備的納米γ-Fe2O3具有高的弛豫率和穩定性，其做為MRI造影劑將具有很大的應用價值。
文檔編號A61K49/06GK101991866SQ20101051077
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月19日 優先權日2010年10月19日
發明者宋麗娜, 宋孟杰, 張宇, 王春雨, 顧寧 申請人:東南大學