硅酸锰多孔微球的一步合成及其磁共振成像性能研究

To resolve the problems hindering the development of manganese-based contrast agents (CAs) for magnetic resonance imaging (MRI), such as low longitudinal relaxivity, complicated preparation process, easy detachment of manganese oxide nanoparticles, this project will design and synthesize a series of porous manganese silicate microspheres (PMSMs) as novel T1-weigted MRI CAs with various structures and multifunction. The main research contents include: 1) one step synthesis of PMSMs with hydrophilic surface and high specific surface area through a novel “In situ silicate growth” (ISSG) strategy, and a systemic study of the relationship between the synthetic strategy and the morphology-structure-chemical components, as well as the assessment of biosecurity and MR properties of PMSMs; 2) synthesis of PMSMs with a hollow core based on some modified ISSG strategies,and the assessment of drug storage and release properties for clinic diagnosis and treatment of tumors; 3) synthesis of iron oxide-composited PMSMs and investigation of the T1 and T2 dual weighted MR properties.. This project has obvious creativity due to the proposal of a novel strategy for fabrication of silicate microspheres and is very important for seeking for efficient and safe MRI CAs, which will improve the development of clinic diagnosis and treatment of tumors.

本项目针对磁共振（MR）锰基造影剂发展所面临的驰豫效率低、合成工艺繁琐、氧化锰纳米粒子易脱落等关键问题，设计合成一系列新型的多功能、多结构硅酸锰多孔微球造影剂材料。主要研究内容包括：1）采用金属硅酸盐原位生长法，一步合成具有亲水性的高比表面积的硅酸锰多孔微球，系统研究硅酸锰原位生长机制与材料的形貌、结构、化学组成的相互关系，并进行生物学评价和MR造影性能研究；2）调整合成工艺，合成具有空心结构的硅酸锰多孔微球，考察其药物装载与释放性能，为实现MR诊断与治疗一体化进行探索；3）尝试将具有MR-T2造影功能的氧化铁引入硅酸锰多孔微球，合成氧化铁复合的硅酸锰多孔微球，探索其T1、T2双模式磁共振造影性能。.本项目为硅酸盐多孔微球的设计合成提供了一种全新的方法和思路，是为寻求安全、高效的新型MR造影剂材料开展的有益探索，对推动恶性肿瘤的早期诊断与治疗研究的发展具有重要意义。

本项目针对磁共振（MR）锰基造影剂发展所面临的驰豫效率低、合成工艺繁琐、氧化锰纳米粒子易脱落等关键问题，率先提出了原位生长法和一步快速沉淀策略合成了系列硅酸盐锰基复合结构磁共振造影材料。探索了该复合锰基造影剂的纳米结构与成像以及治疗之间的关系，对于寻求安全、高效的新型MR造影剂材料进行了有益的探索，对推动恶性肿瘤的早期诊断与治疗研究的发展具有重要意义。其中，标志性的成果主要包括：1）采用原位生长法，制备了形貌可控、单分散的二氧化硅-硅酸锰介孔核壳微球，可用于多重刺激(pH/GSH)响应下T1权重的磁共振成像及药物输送应用；2）采用一步快速沉淀策略简单高效地合成了生物可降解的硅酸锰纳米粒子，在多重刺激(pH/GSH)响应下具有优异的T1权重的核磁成像效果；3）发展了一种简单有效的方法制备有机硅包覆的介孔二氧化硅纳米粒子，其具备GSH响应的有机硅外壳能实现高效安全的肿瘤化疗。在项目资助下，在Acta Biomaterialia、Journal of Materials Chemistry B、Biomaterials Science等SCI期刊发表论文12篇，培养博士研究生1名、硕士研究生1名。