CZ2012813A3 - Vodné suspenze kobaltnatozinečnatých feritových nanočástic, kontrastní látky pro zobrazovací magnetickou rezonanci - Google Patents

Vodné suspenze kobaltnatozinečnatých feritových nanočástic, kontrastní látky pro zobrazovací magnetickou rezonanci Download PDF

Info

Publication number
CZ2012813A3
CZ2012813A3 CZ2012-813A CZ2012813A CZ2012813A3 CZ 2012813 A3 CZ2012813 A3 CZ 2012813A3 CZ 2012813 A CZ2012813 A CZ 2012813A CZ 2012813 A3 CZ2012813 A3 CZ 2012813A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
magnetic resonance
sub
aqueous suspensions
cobalt
nanocrystals
Prior art date
Application number
CZ2012-813A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ307623B6 (cs
Inventor
Miroslav Veverka
Emil Pollert
VĂ­t Herynek
Original Assignee
Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i. filed Critical Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
Priority to CZ2012-813A priority Critical patent/CZ307623B6/cs
Publication of CZ2012813A3 publication Critical patent/CZ2012813A3/cs
Publication of CZ307623B6 publication Critical patent/CZ307623B6/cs

Links

Landscapes

  • Compounds Of Iron (AREA)

Abstract

Hybridní nanočástice spinelové feritové fáze o složení Co.sub.1-x .n.Zn.sub.x.n.Fe.sub.2.n.O.sub.4+.gama. .n.opatřených souvislou vrstvou hydratovaného oxidu křemičitého, který zajišťuje stabilitu jejich vodných suspenzí a neškodnost v organismu svým biokompatibilním povrchem. Ve srovnání se stávajícími materiály vykazují výrazně zvýšenou transversální relaxivitu a tím kontrastní rozlišení. Jsou tak s výhodou využitelné v biologii a medicíně jako kontrastní látka pro zobrazovací magnetickou rezonanci..sub. .n.

Description

Vynález se týká využití biokompatibilních ferimagnetických kobaltnatozinečnatých feritových nanočástic pro vybrané medicinální aplikace, především jako kontrastních látek pro zobrazovací magnetickou rezonanci. Skládají se z jader opatřených hydrofilním obalem zajišťujícím biokompatibilitu materiálu a stabilitu vodných suspenzí nanočástic v rozsahu hodnot pH 3 - pH 10, v souladu s biologickým prostředím.
Dosavadní stav techniky
Zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) představuje v současné medicíně důležitou diagnostickou metodu. Její možnosti podstatně rozšiřují kontrastní látky. Kontrastní látky v MRI zlepšují detekci a specifikaci lézí a patologií změnou intenzity signálu cílové tkáně ovlivněním jejích relaxačních časů.
V diagnostice se využívá dvou základních typů kontrastních látek. Paramagnetické kontrastní látky, obvykle chelátové komplexy gadolinia s vysokou longitudinální TI relaxivitou a superparamagnetické kontrastní látky s jádry tvořenými magnetitovými nebo maghemitovými jádry a polymemím (např. dextranovým) obalem s dominantní transverzální T2 relaxivitou. Superparamagnetické kontrastní látky využívané v diagnostice (y-Fe2O3 s dextranovým nebo karboxydextranovým potahem) dosahují hodnot T2-relaxivity maximálně ~ 200 s'’/mMFe. Do organismu jsou aplikovány ve formě vodných suspenzí. Slabá adheze obalů k magnetickým jádrům snižuje stabilitu vodných suspenzí a vede následně k nežádoucímu vzniku aglomerátů.
Podstata vynálezu
Podstatou vynálezu jsou kontrastní látky pro zobrazovací magnetickou rezonanci, vodné suspenze nanočástic komplexních vícesložkových oxidů kovů, s výhodou nanokrystalů spinelové feritové fáze o složení Coi_xZnxFe2OzgY opatřených souvislou vrstvou hydratovaného oxidu křemičitého.
• · • · ·
0 e e a e e © « ©
Pro syntézu těchto nanokrystalů je používán pracovní postup založený na metodě koprecipitace hydroxidů požadovaných kationtů (Co2+, Zn2+ a Fe3+) z vodného roztoku příslušných dusičnanů v zásaditém prostředí při pH (9 - 10), kdy připravená zrna jsou dále tepelně zpracována při teplotách 400 °C - 700 °C. Vhodným nastavením chemického složení těchto nanokrystalů (0 < x < 1) a jejich velikosti 10 - 60 nm lze dosáhnout hodnot specifické magnetizace až 60 Am2kg’1. Výhodným řešením je využití nanokrystalů o velikosti 15-25 nm, které lze dle uvedených příkladů ovlivnit tepelným zpracováním, teplotou a dobou žíháni.
Následným krokem je povrchová úprava nanokrystalů pokrýváním souvislými vrstvami hydratovaného oxidu křemičitého výhodně s využitím tetraethoxysilanu. Tloušťku vrstvy hydratovaného oxidu křemičitého, a to minimálně v mezích 5-50 nm, lze regulovat volbou reakčních podmínek (teplota, doba, složení reakční směsi).
Jsou tak získány suspenze vysoce stabilní ve vodném prostředí při pH > 4. Hydrofilní obal z vrstvy hydratovaného oxidu křemičitého zároveň zamezuje expozici organismu vůči magnetickém jádrům, která jsou tak pro organismus neškodná. Tím je zajištěna dostatečná biokompatibilita a použitelnost pro medicínské aplikace.
Transversální (T2) relaxivita při poli 0,5 T dosahuje pro tyto nanočástice s nanokrystalickými jádry o velikosti 20 nm - 60 nm hodnot ~ 1100 s^/mMfCo+Fe), tedy hodnot výrazně vyšší než u superparamagnetických oxidů železa, kdy pro 7^2()3 s dextranovým potahem je T2 relaxivita 200 sÚmMFe.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Pro syntézu byly použity vodné roztoky dusičnanu kobaltnatého, zinečnatého a železitého. Obsah kationtů v jednotlivých roztocích byl stanoven komplexometricky. Odebraná přesná množství roztoků dusičnanů v poměru příslušných kationtů 0.5 Co2+ : 0.5 Zn2+ : 2 Fe3+ byla zředěna demineralizovanou vodou (vodivost < 0,01 mS m'1) a smíchána. Celkový objem v uvedeném případě činil 200 ml. Molámí koncentrace iontů Co a Zn byla 0,0227 mol.dm'3 a iontů Fe3+ 0,0908 mol.dm'3.
Za stálého míchání byl k roztoku dusičnanů kationtů postupně přidáván vodný roztok amoniaku do dosažení pH ~ 9 - 10. Vzniklá směs obsahující hnědou sraženinu hydroxidů 2
C C i. c r> g c c <
( c <
( <. c <· c ť ·:
( ( r C r c <· r <? <
příslušných kationtů byla zahřívána při teplotě 85 °C - 90 °C za stálého míchání po dobu 5 hodin. Poté byla teplota směsi zvyšována na 110 °C a po vysušení vyhřátá na teplotu rozkladu přítomného dusičnanu amonného, 230 °C. Hnědo-čemý produkt byl dále žíhán na vzduchu při teplotě 500 °C po dobu 3 hodin. Průměrná velikost nanokrystalů feritu určená rentgenovou práškovou difrakcí byla 14 nm, specifická magnetizace připraveného materiálu σ 796kA.m-i (při T = 300 K) = 52 Am2kg1.
V dalším kroku byla suspenze feritových nanokrystalů (cca 0,13 g) dispergována v ultrazvukové lázni v 1 M kyselině dusičné (20 ml) po dobu 17 minut. Po odstředění byla k feritovým nanokrystalům přidána vychlazená 0,1 M kyselina citrónová (20 ml) a suspenze byla dispergována v ultrazvukové lázni chlazené ledem po dobu 17 minut.
Roztok kyseliny citrónové byl oddělen od sedimentu částic promytím. Zbytková kyselina citrónová vázaná na povrchu nanokrystalů byla převedena přidáním malého množství vodného roztoku amoniaku na citrát amonný, stabilizující nanokrystaly ve vodné suspenzi. Suspenze byla dále dispergována v ultrazvukové lázni chlazené ledem po dobu 48 min. Poté byla suspenze přikapána za působení ultrazvuku do kulaté baňky obsahující soustavu ethanol (96% azeotropická směs) - voda - amoniak (25% vodný roztok) v poměru 15:4:1 (400 ml) temperovanou termostatem na 37 °C. Do suspenze bylo v jedné dávce přidáno množství tetraethoxysilanu odpovídající požadované síle obalové vrstvy (473 μΐ na 10 nm).
Směs byla ultrazvukově a mechanicky míchána v termostatované lázni po dobu 21 hod.
Reakční směs byla odstředěna v úhlovém rotoru při 6000 ot/min po dobu 45 minut. V dalších krocích byl odstředěný materiál postupně promýván za přídavku 100 - 200 ml ethanolu ve dvou cyklech při 6000 ot/min po dobu 45 min a poté za přídavku 100 - 200 ml demineralizované vody ve čtyřech cyklech při 6750 ot/min po dobu 40 min. Požadovaná frakce byla izolována oddělením supematantu odstředěním při 1000 ot./min po dobu 15 minut, následným rozmícháním supematantu za přídavku 240 ml demineralizované vody v ultrazvukové lázni po dobu 20 min, odstředěním směsi při 1000 ot/min po dobu 15 minut. Odstředěním při 6750 ot/min byl snížen objem výsledné suspenze. Průměrná tlouštka obalové vrstvy siliky činila ~ 20 nm
Transversální relaxivita měřená v magnetickém poli 0,5 T dosahovala při teplotě 30 °C hodnot T2 ~ 850 s^/mM^o+Fe)· ( ( \ f »' β β β e • < ;( e e »·«· * ' <· *a f · < f c ee r e « € f fr ' * rte ϋ e & e e a e e e ©
Příklad 2
Pro syntézu byly použity vodné roztoky dusičnanu kobaltnatého, zinečnatého a železitého. Přesný obsah kationtů v jednotlivých roztocích byl stanoven komplexometricky. Odebraná přesná množství roztoků dusičnanů v poměru příslušných kationtů 0,5 Co2+ : 0,5 Zn2+ : 2 Fe3+ byla zředěna demineralizovanou vodou (vodivost < 0,01 mS m1) a smíchána. Celkový objem v uvedeném případě činil 700 ml. Molámí koncentrace iontů Co2+ a Zn2+ byla 0,03 mol.dm’3 a iontů Fe3+ 0,12 mol.dm'3.
Za stálého míchání byl k roztoku dusičnanů kationtů postupně přidáván vodný roztok amoniaku do dosažení pH ~ 9 - 10. Vzniklá směs obsahující hnědou sraženinu hydroxidů příslušných kationtů byla zahřívána při teplotě 85 °C - 90 °C a za stálého míchání po dobu 5 hodin. Poté byla teplota směsi zvyšována na 110 °C a po vysušení vyhřátá na teplotu rozkladu přítomného dusičnanu amonného, 230 °C.
Připravený prekursor byl mechanicky zpracován mletím v ethanolu ve vibračním kulovém mlýnku při max. frekvenci 21 kmitů/s po dobu 60 minut a poté vysušen na vzduchu. Hnědočerný produkt byl vyžíhán na vzduchu při teplotě 600 °C po dobu 3 hodin a následně zpracován mletím v ethanolu při frekvenci 14 kmitů/s po dobu 60 minut. Průměrná velikost nanokrystalů feritu určená rentgenovou práškovou difrakcí byla 21 nm, specifická » · · r v· 2-1 magnetizace připraveného materiálu σ 796 kA.m-i (při T = 300 K) = 52 Am kg .
V dalším kroku byla suspenze feritových zrn (cca 0,3 g) dispergována ultrazvukem v 1 M kyselině dusičné (40 ml) po dobu 16 minut v ledové lázni. Po odstředění byla k feritovým nanokrystalům přidána vychlazená 0,1 M kyselina citrónová (50 ml) a suspenze byla dispergována v ultrazvukové lázni chlazené ledem po dobu 40 minut. Roztok kyseliny citrónové byl oddělen od sedimentu částic promytím. Zbytková kyselina citrónová vázaná na povrchu nanokrystalů byla převedena přidáním malého množství vodného roztoku amoniaku na citrát amonný, stabilizující nanokrystaly ve vodné suspenzi. Suspenze byla dále dispergována ultrazvukovou sondou v lázni chlazené ledem po dobu 30 minut. Poté byla suspenze přikapána za působení ultrazvuku do kulaté baňky obsahující soustavu ethanol (96% azeotropická směs) - voda - amoniak (25% vodný roztok) v poměru 15 : 4 : 1 (400 ml) temperovanou termostatem na 37 °C. Do suspenze bylo v jedné dávce přidáno množství tetraethoxysilanu odpovídající požadované síle obalové vrstvy (585 μΐ na 10 nm) a směs byla ultrazvukově a mechanicky míchána v termostatované lázni po dobu 19 hodin.
Reakční směs byla odstředěna v úhlovém rotoru při 6000 ot/min po dobu 45 minut. V dalších krocích byl odstředěný materiál postupně promýván za přídavku 100 - 200 ml ethanolu ve dvou cyklech při 6000 ot/min po dobu 45 minut a poté za přídavku 100 - 200 ml demineralizované vody ve čtyřech cyklech při 6750 ot/min po dobu 30 minut. Požadovaná frakce byla izolována oddělením supematantu odstředěním při 1000 ot/min po dobu 15 minut, následným rozmícháním supematantu za přídavku 240 ml demineralizované vody v ultrazvukové lázni po dobu 20 minut, odstředěním směsi při 1000 ot/min po dobu 15 minut. Odstředěním při 6750 ot/min byl snížen objem výsledné suspenze. Průměrná tlouštka obalové vrstvy siliky činila ~ 27 nm.
Transversální relaxivita měřená v magnetickém poli 0,5 T dosahovala v rozmezí teplot 10 °C - 60 °C hodnot T2 ~ 1100 s''/mM(Co+Fe).
Průmyslová využitelnost
Hybridní nanočástice spinelové feritové fáze o složení Coi_xZnxFe2O4+7 opatřených souvislou vrstvou hydratovaného oxidu křemičitého jsou využitelné v biologii a medicíně jako kontrastní látka pro zobrazovací magnetickou rezonanci.

Claims (3)

1. N anokrystaly spinelové feritové fáze o složení Co i -xZnxF ε2θ4+γ vyznačující se tím, že jsou opatřeny souvislou hydrofílní vrstvou s výhodou hydratováného oxidu křemičitého.
2. Nanokrystaly podle nároku 1 vyznačující se tím, že velikost nanokrystalů je 10-60 nm, s výhodou 15-25 nm.Nanočástice podle nároku 1 a 2 vyznačující se tím, že tloušťka hydrofílní vrstvy je 5 - 50 nm, s výhodou 15 - 25 nm.
3. Použití nanočástic podle kteréhokoliv z předchozích nároků jako kontrastních látek pro zobrazovací magnetickou rezonanci.
CZ2012-813A 2012-11-21 2012-11-21 Vodné suspenze kobaltnatozinečnatých feritových nanočástic, jako kontrastní látky pro zobrazovací magnetickou rezonanci CZ307623B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2012-813A CZ307623B6 (cs) 2012-11-21 2012-11-21 Vodné suspenze kobaltnatozinečnatých feritových nanočástic, jako kontrastní látky pro zobrazovací magnetickou rezonanci

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2012-813A CZ307623B6 (cs) 2012-11-21 2012-11-21 Vodné suspenze kobaltnatozinečnatých feritových nanočástic, jako kontrastní látky pro zobrazovací magnetickou rezonanci

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2012813A3 true CZ2012813A3 (cs) 2014-10-01
CZ307623B6 CZ307623B6 (cs) 2019-01-23

Family

ID=51617963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2012-813A CZ307623B6 (cs) 2012-11-21 2012-11-21 Vodné suspenze kobaltnatozinečnatých feritových nanočástic, jako kontrastní látky pro zobrazovací magnetickou rezonanci

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ307623B6 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ308154B6 (cs) * 2015-09-04 2020-01-29 Ústav experimentální medicíny AV ČR, v. v. i. Nanočástice pro magnetické a fluorescenční značení buněk, způsob přípravy a použití

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101256863A (zh) * 2008-01-07 2008-09-03 北京化工大学 一种表面修饰的磁性载体及其制备方法
CZ2011763A3 (cs) * 2011-11-23 2013-06-05 Technická univerzita v Liberci Hydrofilní polymerní membrána, textilní kompozit obsahující takovou hydrofilní polymerní membránu, a zpusob její výroby

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ308154B6 (cs) * 2015-09-04 2020-01-29 Ústav experimentální medicíny AV ČR, v. v. i. Nanočástice pro magnetické a fluorescenční značení buněk, způsob přípravy a použití

Also Published As

Publication number Publication date
CZ307623B6 (cs) 2019-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mandal et al. Magnetite nanoparticles with tunable gold or silver shell
Reyes-Rodríguez et al. Structural and magnetic properties of Mg-Zn ferrites (Mg1− xZnxFe2O4) prepared by sol-gel method
Liu et al. Synthesis and characterization of ultrafine well-dispersed magnetic nanoparticles
Jasso-Terán et al. Synthesis, characterization and hemolysis studies of Zn (1− x) CaxFe2O4 ferrites synthesized by sol-gel for hyperthermia treatment applications
Zhen et al. Comparative study of the magnetic behavior of spherical and cubic superparamagnetic iron oxide nanoparticles
JP5765520B2 (ja) 磁性粒子含有水分散体の製造方法
Zahraei et al. Hydrothermal synthesis of fine stabilized superparamagnetic nanoparticles of Zn2+ substituted manganese ferrite
Karaagac et al. A simple way to synthesize superparamagnetic iron oxide nanoparticles in air atmosphere: iron ion concentration effect
Barick et al. Nanoscale assembly of amine-functionalized colloidal iron oxide
CN105288666B (zh) 一种水溶性蛋白包覆的磁性纳米颗粒及其制备方法
Saldívar-Ramírez et al. Study on the efficiency of nanosized magnetite and mixed ferrites in magnetic hyperthermia
EP2942064B1 (en) Mri contrast agent including t1 contrast material coated on surface of nanoparticle support
Kaman et al. Preparation of Mn-Zn ferrite nanoparticles and their silica-coated clusters: Magnetic properties and transverse relaxivity
Lakić et al. Optical evidence of magnetic field-induced ferrofluid aggregation: Comparison of cobalt ferrite, magnetite, and magnesium ferrite
Yelenich et al. Synthesis of iron oxide nanoparticles by different methods and study of their properties
Sánchez et al. Synthesis of TEG-coated cobalt-gallium ferrites: characterization and evaluation of their magnetic properties for biomedical devices
Hoque et al. Comparative study of specific loss power and transverse relaxivity of spinel ferrite nanoensembles coated with chitosan and polyethylene glycol
Sánchez et al. Sol-gel synthesis of MnxGa1− xFe2O4 nanoparticles as candidates for hyperthermia treatment
Sánchez et al. Synthesis of MnxGa1− xFe2O4 magnetic nanoparticles by thermal decomposition method for medical diagnosis applications
Kostevšek et al. “Single-” and “multi-core” FePt nanoparticles: from controlled synthesis via zwitterionic and silica bio-functionalization to MRI applications
CN109626439B (zh) 一种金属掺杂铁氧体纳米材料、包含其的磁性纳米粒子的制备方法及其应用
Momin et al. Synthesis and characterization of CoFe2O4 & NiFe2O4 magnetic nanoparticles for various biomedical applications: cell viability and cell death evaluations
Demchenko et al. Collective magnetic behavior of biocompatible systems of maghemite particles coated with functional polymer shells
CZ2012813A3 (cs) Vodné suspenze kobaltnatozinečnatých feritových nanočástic, kontrastní látky pro zobrazovací magnetickou rezonanci
Saatci et al. Synthesis, characterization, and 5-fluorouracil release behavior of superparamagnetic γ-Fe2O3/ZnO hetero-nanostructures for biomedical applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20121121