CN104142355A - 一种基于磁性纳米粒子检测Cd2+离子的核磁共振传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁性纳米粒子检测Cd²⁺的核磁共振传感器及其制备方法。该传感器为一种含有对Cd²⁺离子具有特异性识别作用的受体单元的磁性纳米粒子，具有水溶性、超顺磁性、粒径分布均匀约为10～20nm，制备方法是高温热解制备磁性纳米粒子；通过氯乙酰儿茶酚、叠氮钠和丙炔酸乙酯得到受体单元，通过氧的配位作用与纳米粒子连接，得到目标纳米粒子，这种纳米粒子可以用于制备Cd²⁺离子的核磁共振传感器。本发明的制备方法简单安全，原材料经济，易得，工艺可控性强；为纳米磁共振造影剂材料的应用提供了一种新的前景—纳米磁共振传感器，丰富了纳米材料的研究领域。

Description

一种基于磁性纳米粒子检测Cd2+离子的核磁共振传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及核磁共振传感领域，具体为一种基于磁性纳米粒子检测Cd²⁺的核磁共振传感器及其制备方法。 

背景技术

传感器(英文名称：transducer/sensor)是一种检测装置，能够接收信号，并能传输信号，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器可以分为三类，即①物理传感器，用来测量距离、质量、温度、压力等；②化学传感器，用化学或物理响应测定化学物质；③生物传感器，通常应用某种生物敏感基元来检测化学物质。所有这些装置必需与某种传感装置相联接，这样才可能检测到所发生的响应。组成部件主要包括：分析质、识别单元、传导器、测量装置。 

核磁共振是利用核自旋产生磁矩，将样品放入外加的强度磁场中，核自旋本身的磁场，在外加磁场下重排，大多数核自旋会处于低能状态。我另外施加电磁场来干涉低能态的核自旋转向高能态，再回到平衡态便会释放出射频，这就是NMR讯号。利用这样的过程，我们可以进行分子科学的研究，如分子结构，动态等。MR是一种生物磁自旋成像技术，它是利用原 子核自旋运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激发后产生信号，用探测器检测并输入计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像。MR提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术，而且不同于已有的成像术，因此，它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。它可以直接做出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像，不会产生CT检测中的伪影；不需注射造影剂；无电离辐射，对机体没有不良影响。具有磁性核的造影剂通过改变局部或整体T1、T2弛豫时间来达到提高信号差异，从而实现造影增强功能。对这些造影剂修饰通过修饰靶向因子，或特定的识别单元，产生核磁共振传感器(MR Sensor)。 

目前核磁共振传感器已经广泛应用与生活的各各方面，比如：重金属粒子检测(Hg²⁺、Zn²⁺)、病毒检测、蛋白质、小分子、细菌等。核磁共振传感器主要依靠表面功能化的造影剂本身在不同状态(单体和聚合态)下的的磁学性质改变，引起周围水分子或质子的弛豫时间发生改变，从而达到检测的目的。同时核磁共振传感器作为一种新的、方便、简单的检测方法、其在不同模式下的检测原理、如何更加广泛的应用还需进一步的探索和研究。 

镉来源于化石燃料的燃烧包括煤和石油，以及城市垃圾的焚烧处理；镉也可能来源于锌、铅或铜的冶炼工厂。对于非吸烟者，食物是镉的最大来源，这些食物主要来源于使用过磷酸盐肥料及被废水污染过的土地。而对于吸烟者他们体内镉的含量是非吸烟者的两倍。镉的急性影响(短期的)通过暴露吸入主要影响肺癌、毛细支气管炎、和肺气肿等肺刺激。慢性的(长期的)吸入或口腔接触镉，使得镉在肾脏的累积并导致肾脏疾病，并 同时影响肝、肺、骨、免疫***、血液和神经***。在动物中，镉被证实是一种影响发育的毒物，可以导致胎儿畸形、干扰胎儿的新陈代谢和神经发育受损，虽然目前还没有确凿的证据在人类中。动物研究表明，暴露在含镉的环境中，肺癌的发生几率会大大增加。 

基于生物相容性好的磁性纳米材料，修饰特异性识别的受体单元，配体相互作用，促使磁性纳米材料发生状态的改变，记录横向驰豫时间的改变实现其高效检测。鉴于镉离子的危害，开发出一种快速灵敏的检测方法，既扩大了磁性纳米材料的应用范围，又有一定的社会意义。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁性纳米粒子检测Cd²⁺的核磁共振传感器及其制备方法，以期将其应用于Cd²⁺离子的检测。 

本发明的技术方案为： 

基于磁性纳米粒子检Cd²⁺离子的核磁共振传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 

(1)特异性受体单元的制备：氯乙酰儿茶酚和叠氮钠反应制备被取代的乙酰儿茶酚；被取代的氯乙酰儿茶酚与丙炔酸乙酯在水中反应过夜，经过柱色谱分离提纯，得到特异性受体识别单元； 

(2)含有特异性受体单元的磁性纳米粒子的制备：将(1)所得物质与磁性纳米粒子溶于有机溶剂，均匀反应过夜。 

步骤(2)中磁性纳米粒子为已知的锰、锌掺杂的Fe₃O₄纳米粒子。所述有机溶剂为吡啶。 

上述方法制备的基于磁性纳米粒子检Cd²⁺离子的核磁共振传感器，其为一种含有特异性受体单元的磁性纳米粒子，具有水溶性，粒径大小约为10～20nm。 

通过特异性受体单元对Cd²⁺离子的识别能力，进行Cd²⁺离子的靶向实验，诱导磁性纳米粒子进行自组装。在此过程中，磁性纳米粒子的自组装会改变周围水质子的弛豫率，这种改变可以被核磁共振仪检测下来，从而实现对Cd²⁺离子的检测。 

本发明的制备方法简单安全，原材料经济，易得，工艺可控性强。 

本发明为纳米磁共振造影剂材料的应用提供了一种新的前景—纳米磁共振传感器，丰富了纳米材料的研究领域。 

附图说明

图1为实施例1的特异性受体单元的质谱图。 

图2为实施例1的含有特异性受体单元的磁性纳米粒子的红外谱图。 

图3为实施例1的含有特异性受体单元的纳米粒子的DLS。 

图4为实施例2中含有特异性受体单元的磁性纳米粒子在加入300nMCd²⁺的DLS。 

图5为实施例2中含有特异性受体单元的磁性纳米粒子在0、10、20、30、40、50、60、……300nM的Cd²⁺离子的溶液中ΔT2值的变化率。 

图6为实施例3中含有特异性受体单元的磁性纳米粒子在300nM不同金属粒子溶液中ΔT2值的变化。 

具体实施方式

下面结合实例，对本发明做进一步说明 

实施例1： 

(1)特异性受体单元的合成： 

用分析天平称取1.0g的氯乙酰儿茶酚，250mg的叠氮钠，于三口烧瓶中，加入15mL的DMSO。在室温下反应2h，加入50mL的冰水，用***萃取三次。有机相用水洗并用Na₂CO₃干燥。有机相经过减压蒸馏得到粉末状样品；用分析天平称取380mg合成的样品溶解在15mLH₂O和叔丁醇的混合液中，混合均匀，加入100μL的丙炔酸乙酯，在常温下搅拌过夜，反应结束后，浓缩过滤，得到黑色固体。 

(2)基于磁性纳米粒子的检测Cd²⁺的核磁共振传感器的制备： 

分析天平称取40～80mg受体单元，溶于5mL吡啶中，混合均匀，加入10～25mg纳米粒子，摇床过夜，离心，分散到水中。 

实施例2: 

在含有6.07mM Fe的修饰有特异性受体单元的纳米粒子的溶液中加入Cd²⁺离子，使Cd²⁺离子的浓度分别为0、10、20、30、40、50、60、……300nM，检测由不同的Cd²⁺离子的浓度引起的△T2值的变化率；结果如图5所示。随着三聚氰胺浓度的增加，△T2值逐渐变大，当Cd²⁺离子的浓度为300nM时，△T2的变化率约为1。Cd²⁺离子的最低检测限约为3.8nM。 

实施例3: 

在含有6.07mM Fe的修饰有特异性受体单元的纳米粒子的溶液中加入300nM不同的金属离子，比较由具有相似结构的物质所引起的△T2值的变化，检测该磁共振造影剂传感器材料对Cd²⁺离子的选择性。结果如图6。 

Claims (4)

1.基于磁性纳米粒子检Cd²⁺离子的核磁共振传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)特异性受体单元的制备：氯乙酰儿茶酚和叠氮钠反应制备被取代的乙酰儿茶酚；被取代的氯乙酰儿茶酚与丙炔酸乙酯在水中反应过夜，经过柱色谱分离提纯，得到特异性受体识别单元；

(2)含有特异性受体单元的磁性纳米粒子的制备：将(1)所得物质与磁性纳米粒子溶于有机溶剂，发生配体交换反应。

2.根据权利要求1所述的基于磁性纳米粒子检Cd²⁺离子的核磁共振传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中磁性纳米粒子为锰、锌掺杂的Fe₃O₄纳米粒子，所述有机溶剂为吡啶。

3.一种基于磁性纳米粒子Cd²⁺离子的核磁共振传感器，其特征在于，根据权利要求1-2任意一项所述方法制备。

4.根据权利要求4所述的基于磁性纳米粒子检Cd²⁺离子的核磁共振传感器，其特征在于，其为一种含有特异性受体单元的磁性纳米粒子，具有水溶性，粒径大小约为10～20nm。