Gd³⁺/Yb³⁺摻雜ZnO量子點作為雙模式磁共振/C成像探針

摘 要：基于結合磁共振成像（MRI）的高空間分辨率和C成像的深穿透能力設計思想在乙醇溶液中水解醋酸鋅、醋酸釓和醋酸鐿制備了油酸穩定的d3+/Yb3+摻雜ZnO量子點（ZnO∶d/Yb）并對其表面進行了氨基修飾研究了ZnO∶d/Yb量子點的弛豫性能、X射線吸收性能、細胞毒性及體外MRI和C成像當Zn+d3+Yb3+的摩爾比為10∶01∶00時ZnO∶d/Yb量子點展現了最高的弛豫效率606mmol/L·s對X射線的吸收能力也顯著高于臨床C造影劑碘比醇體外MRI和C成像實驗表明當d3+的濃度為1mmol/L時1加權MRI信號明顯增強當Yb3+的濃度為g/L時可呈現清晰的C圖像細胞毒性實驗表明ZnO∶d/Yb量子點的濃度低于1mmol/Ld3+時量子點的毒性相對較低

關鍵詞：ZnO量子點；探針；弛豫性能；磁共振成像；C成像

1 引 言

X射線電子計算機體層成像（C）、磁共振成像（MRI）和超聲成像（Ultrasound）是目前臨床上廣泛應用的成像技術這些成像技術有助于疾病的診斷和基本生理現象的理解然而單一的成像技術并不能提供全面的組織器官結構和功能信息為克服上述缺點多模式成像已成為診斷技術的發展趨勢[1]成像技術的臨床診斷應用大部分需要借助造影劑來提高靈敏度和診斷的可信度所以發展多模式探針對于多模式成像診斷具有決定性意義[3]

多模式探針的研究目前主要集中在MRI和熒光成像上[～9]雖然這類材料發光性能優越并且制備技術相對成熟但熒光成像受到探測深度限制相比之下C成像具有良好的組織穿透能力能夠提供高分辨的體內組織器官的完整三維解剖圖[10]而MRI可以提供很好的基于軟組織對比度的解剖信息和非侵入式實時檢測模式的功能信息[11]所以MRI/C雙模式造影劑具有更加廣闊的臨床應用前景量子點的熒光特性在生物探針、活性成像方面有重要應用[]010年Chou等[13]報道了具有生物兼容性的ePt納米粒子作為MRI/C雙模式探針這些納米顆粒穩定性高磁性強01年Xia等[14]通過在上轉換納米粒子NaLu中摻雜Yb和并在其表面連接制備了具有MRI/C和熒光成像功能的三模式成像探針此類成像探針不僅具有較高的弛豫效率而且具有良好的X射線的吸收性能和熒光性能但其制備過程復雜所以目前研究具有良好性能的MRI/C雙模式造影劑仍面臨著巨大的挑戰

本研究從結合MRI的高空間分辨率和C的深穿透能力設計思想出發基于的順磁性和對X射線的吸收性能采用一種簡便的方法制備了MRI/C雙模式成像探針利用EMXRXP和ICPM對其結構和組成進行了表征并對其細胞毒性、弛豫效率、X射線的吸收性能及體外MRI和C成像進行了研究

實驗部分

1 儀器與試劑

四甲基氫氧化銨（etramethylammoninmhydroxideMA）、醋酸釓和醋酸鐿（AlfaAesar公司）；N氨乙基3氨丙基三乙氧基硅烷Naminoethyl3aminopropyltriethoxysilaneAEAP和油酸（igmaAldrich公司）；醋酸鋅北京化學試劑公司其余試劑均為分析純

量子點粒徑通過EOL000X透射電子顯微鏡（EM）確定dYb及Zn含量通過ELAN9000/RC電感耦合等離子體質譜儀（ICPM）測定X射線粉末衍射XR圖譜用8AVANCE衍射儀測定X射線光電子能譜（XP）在VECALAMII譜儀上測定縱向弛豫時間（1）在rukerAvanceⅢ00Mz核磁共振波譜儀上測定

ZnO∶d/Yb量子點的制備及其表面修飾

室溫下將總量1mmol/L的醋酸鋅、醋酸釓和醋酸鐿溶于0mL無水乙醇中加入70μL油酸加熱至回流迅速加入06mL四甲基氫氧化銨（溶于mL乙醇）回流3min加入0mL乙醇停止反應立即置于冰水浴中冷卻用乙醇洗滌3次分散在10mL甲苯中不同實驗中醋酸釓、醋酸鐿與醋酸鋅的加入摩爾比例為0000100300

將30μLAPAE（溶于1mL甲苯中）加入上述甲苯溶液中劇烈攪拌min后再加入0018gMA（溶于1mL乙醇）8℃回流1h冷卻至室溫離心收集沉淀用甲苯、丙酮、去離子水分別洗滌3次然后分散在水中

3 細胞毒性實驗

用M法對ZnO∶d/Yb量子點的體外細胞毒性進行了評價在37℃下%CO和9%濕度的細胞培養箱中培養ella細胞h將生理鹽水和不同濃度的ZnO∶d/Yb量子點水溶液加入到培養基中再培養h然后用培養基洗滌次向細胞板中加入100mL含有M的培養基繼續培育h去除培養基后加入MO振蕩10min使結晶物充分溶解用酶聯免疫檢測儀測量70nm處的吸光度值此吸收值可間接反應活細胞的數量考察量子點對細胞增殖的影響從而評價其細胞毒性

1加權磁共振成像和C成像

采用反轉恢復法在1超導型磁共振掃描儀上獲得不同含量的ZnO∶d/Yb量子點水溶液的1加權磁共振圖像回波時間ms恢復時間0～11000ms分辨率18×6像素視野3cm

C成像在iC6型掃描儀上測量信號強度通過rillianceorkspace0Philipsealthcare工作站確定將ZnO∶d/Yb量子點和碘比醇分散在蒸餾水中濃度分別為010106和0g/L（Yb/I）測試電壓分別為8010010和10keV

3 結果與討論

31 量子點的制備與表征

在乙醇溶液中水解醋酸鋅、醋酸釓和醋酸鐿制備了油酸穩定的摻雜的ZnO量子點（ZnO∶d/Yb）并對其表面進行了氨基修飾獲得了良好水分散性的ZnO∶d/Yb量子點EM照片（圖1中ac和e）顯示了不同摻雜比例量子點的整體形貌粒徑大小分別為7和nm隨著摻雜量的增加粒徑減小通過這種合成方法可以產生大量粒徑均勻的ZnO∶d/Yb量子點高分辨EM照片（圖1中bd和f）顯示晶格條紋面間距為06nm與纖鋅礦結構ZnO（00）面的面間距一致這表明的摻雜并沒有導致明顯的晶格變形但隨摻雜量的增加結晶度明顯降低摻雜總量達037時幾乎觀察不到清晰的晶格條紋

圖為不同摻雜比例的ZnO量子點的X射線衍射圖在衍射角θ分別為317633736776686和680處出現了7個衍射峰分別歸屬為六角纖鋅礦結構ZnO的（100）（00）（101）（10）（110）（103）和（11）晶面CPNo6311從圖可見隨著摻雜量的增加衍射峰強度降低說明結晶度降低較寬的X射線衍射峰表明所制備樣品具有納米尺寸根據cherrer公式=λ/βcosθ計算出的平均粒徑與EM中測得的結果基本一致（表1）