磁性鐵氧體納米顆粒由于其尺寸、組分可調的物理化學性質和良好的生物學相容性，目前已廣泛應用于生物醫學領域，尤其是作為超靈敏對比劑應用在磁共振影像診斷領域。近期的研究表明，不同于傳統的超順磁性氧化鐵T2造影劑，超小（小于5 nm）鐵氧體納米顆粒可展現出優異的T1造影成像性能，且T1的信號增強及生物學安全性有望優于目前商用的釓基T1造影劑。然而，多組分合成體系的成核與生長過程較復雜且不易精準控制，導致合成不同組分與尺寸的超小金屬鐵氧體納米顆粒仍存在巨大挑戰，其可控生長機理以及組分與磁共振造影性能間的關聯作用機制亟待闡明。
近日，西北大學樊海明教授（點擊查看介紹）研究團隊巧妙地利用金屬羧酸配合物的熱分解性質提出了一種普適的動態同步熱分解法（Dynamic Simultaneous Thermal Decomposition, DSTD），成功制備了單分散超小尺寸（小于4 nm）的磁性鐵氧體納米顆粒。該方法以制備超小錳鐵氧體納米顆粒(UMFNPs)為模型，所制備的UMFNPs的T1弛豫率高達8.43 mM-1·s-1，是商用造影劑Omniscan的2倍，可作為高效多功能的磁共振T1成像造影劑，其血管與肝臟的成像性能可媲美商用造影劑Omniscan和Primovist。
該方法采用新型無毒、廉價的前驅體芥酸鐵，配合多種金屬油酸配合物經動態同步熱分解法制備超小鐵氧體納米顆粒，由于前驅體的熱分解溫度相近，經動態同步熱分解，可實現成核摻雜，生長出小于4 nm、尺寸均一的鐵氧體納米顆粒；若兩個前驅體經歷動態非同步熱分解，則發生生長摻雜，制備出尺寸大于6 nm的鐵氧體顆粒。實驗結果證明多前驅體熱分解法過程的同步與非同步可直接決定鐵氧體納米顆粒的生長機制及其尺寸控制。
此外，早期研究普遍認為：對于磁性納米顆粒，其磁共振信號增強主要來源于外球弛豫貢獻，而內球弛豫貢獻過小往往被忽視。然而，超小錳鐵氧體納米顆粒(UMFNPs)由于摻雜Mn2+，縮短了水分子在顆粒表面的停留時間，使內球弛豫貢獻作用顯著，成為UMFNPs造影性能提高的主要原因。UMFNPs在活體成像中展示了可清晰造影，增強主動脈弓、上腔靜脈、鎖骨下靜脈、腋靜脈和頸靜脈等血管的特點。值得一提的是，不同于傳統被動靶向肝臟Kupffer細胞的超順磁氧化鐵T2造影劑，顆粒表面的Mn2+離子促使UMFNPs特異性地積累于正常肝細胞，從而實現肝臟成像。由于超小顆粒具有易被腎小球過濾、易降解等特點，UMFNPs可快速被腎臟與肝臟清除，60小時內腎清除30.33%、肝清除67.4%，快速的肝臟與腎臟清除可有效降低其毒性。
總而言之，該研究為化學設計可用于臨床診斷的超小尺寸磁性納米顆粒T1造影劑帶來新的機遇。這一成果近期發表在ACS Nano 上，文章的通訊作者是西北大學化學與材料科學學院樊海明教授。
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