磁性多金属氧簇超分子复合物的制备及多功能成像特性

Magnetic resonance imaging contrast agent is an important part of the magnetic resonance imaging technology which are used widely in the medical field. Commercial magnetic resonance imaging contrast agents are generally chelates containing gadolinium or manganese ions, the smaller size of these compounds lead to its flip faster in the solution, which reduce the imaging effect. In addition, this type of compounds is generally on a single function. So, how to improve the efficiency of imaging and develop the multi-functionality of contrast agents became an important scientific problem of medical imaging research. This research project aims to prepare paramagnetic metal substituted polyoxometalates as inorganic core, and to synthesize surfactant containing mesogens cluster as the organic shell. Through electrostatic interaction, two components combine to form supramolecular complexes. The stability of the complexes in aqueous solution and controlled aggregation features make it possible to further explore its magnetic resonance imaging effects.This system has the following advantages:1.the polyoxometalates can combine with different number of magnetic metal ions which would provide more than one magnetic centers. In addition, the complex will aggregate in the solution and make a larger size. The two aspects both help to improve the imaging effect;2. the complexes with the mesogens can be used for fluorescence imaging and in vivo localization.

磁共振造影剂是在医学领域有广泛应用的磁共振成像技术的重要组成部分，目前商用的磁共振造影剂一般都是采用钆或锰的小分子螯合物。此类化合物较小的体积导致其在溶液中翻转速度较快，从而降低了成像效果，同时这类化合物基本上都是单一功能的。如何提高成像效率以及发展具有多功能的造影剂一直是医学影像学研究的重要科学问题。本研究项目拟计划以顺磁性金属取代的多金属氧簇为无机核心，以含有发光基团的表面活性剂为有机外壳，通过静电作用，将二者结合起来，形成超分子复合物。利用复合物在水溶液中的稳定性以及可控聚集的特点，进一步探索其作为磁共振造影剂的成像效果。在成像方面，本体系具有如下优点：1.多金属氧簇可以结合不同数量的磁性金属离子，提供多个磁性中心，同时复合物在溶液中会发生聚集，使其具有较大体积，这两方面都有利于提高成像效果。2.由于复合物中带有发光基团，可以用于荧光成像以及造影剂在体内的定位。

高效多功能造影剂的设计合成及应用一直是医学影像学研究的重要课题之一。本项目致力于合成含有顺磁性金属取代的多金属氧簇超分子复合物，发展一类具有磁共振成像和荧光成像功能的双功能造影剂。基本的研究思路是通过对有机组分的优化设计来提高复合物的生物相容性，降低生理毒性，同时提供荧光成像功能，而通过无机组分的优化设计来获得高的磁共振成像效率。基于以上的研究目标和思路，我们完成了如下工作：1、设计合成了两类均含有聚氧乙烯链段的有机小分子，并研究了其在溶液中的稳定性及聚集行为；2、除设计合成了用于通过静电相互作用力与有机分子复合的多金属氧簇外，还设计合成了一类通过共价键连接有机和无机基团的多金属氧簇，为本项目研究工作的进一步拓展奠定基础；3、研究了三代树枝状分子包覆多金属氧簇超分子复合物的温敏性及其与弛豫效率的关系，并对其形成原因进行了详细的探讨；4、研究了三代超分子复合物的磁共振成像性能，结果表明外围大量有机分子的包覆并没有明显降低复合物的磁共振成像性质。同时，小鼠体内的实验表明，三代复合物在肝脏部位有良好的成像效果；5、通过在三代超分子复合物的疏水空腔中负载荧光探针分子罗丹明B的方法，成功实现了磁共振-荧光双功能成像，并且可以通过对负载分子的改变来调节荧光的颜色和强弱。实验结果表明，发光成像与磁共振成像具有成像部位一致，代谢动力学相近的特性。发光成像的结果亦与单独的罗丹明B的成像性质不同，表明引入的发光分子并没有从复合物中泄漏出来，证明多金属氧簇复合物对罗丹明B小分子的稳定能力。