本发明属于mri诊断造影剂，涉及一种具有高弛豫性能的钆基造影剂复合材料及其制备方法与应用。
背景技术：
1、磁共振成像(mri)是一种非侵入性断层扫描技术，以其卓越的空间分辨率、优越的软组织对比度、非电离辐射和缺乏组织穿透深度限制而闻名，在临床肿瘤诊断中得到了广泛的应用。通过造影剂与mri的结合使用，能够显著增强正常组织与病理区域的区分，进一步拓展了mri技术的临床应用范围。
2、t1型造影剂可通过缩短周围水质子的纵向弛豫时间而提供造影变亮信号，有利于病变部位的区分和组织形态研究，可以有效提高肿瘤早期诊断的精度。目前应用于临床的t1型造影剂大都为小分子gbcas，然而，大量临床数据表明市售的gbcas存在一系列安全隐患。因此，如何提高钆基t1型造影剂的性能，以降低诊断所需剂量，是解决其安全性问题的一种潜在解决方法。
3、提高gbcas的性能，最直接有效的方式就是提高其弛豫率。与理论值相比，市售gbcas的弛豫率还有很大的可提升空间。具有较高弛豫率的钆基造影剂可以允许更低剂量给药，从而降低钆离子诱导毒性的风险。近年来，可用于提高gbcas弛豫率的手段包括：通过降低螯合剂的齿状数来增加q值，通过增加gbcas的分子量来延长τr以及通过减弱配位水的配位键能来优化τm等。
4、然而，现有技术手段难以同时平衡理想造影剂应具备的高弛豫率、高热力学稳定性、较好的水溶性以及优秀的生物可降解性等特征。因此，设计一种同时具备上述性质的钆基t1型造影剂，更加契合临床使用的安全性需求，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种具有高弛豫性能的钆基造影剂复合材料及其制备方法与应用，通过在单分子胶束的相邻嵌段间镶嵌组装有磷酸钙，并将钆基造影剂包载于磷酸钙中，可以显著延长钆基造影剂旋转相关时间，进而有效增大其弛豫率，同时钆基造影剂复合材料在酸性环境下具有优异的生物可降解性能，可以在短时间内实现快速的响应降解释放。
2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供了一种具有高弛豫性能的钆基造影剂复合材料，所述钆基造影剂复合材料包括钆基造影剂、磷酸钙和单分子胶束；
4、所述单分子胶束的相邻嵌段间镶嵌组装有磷酸钙；
5、所述钆基造影剂包载于磷酸钙中。
6、本发明中，所述钆基造影剂复合材料为t1型造影剂；所述单分子胶束可以均匀分散在水中。
7、本发明提供的钆基造影剂复合材料，通过在单分子胶束的相邻嵌段间镶嵌组装有磷酸钙，并将钆基造影剂包载于磷酸钙中，可以显著延长钆基造影剂旋转相关时间，进而有效增大其弛豫率；另外，磷酸钙在酸性环境下具有优异的生物可降解性能，可以在短时间内进行快速降解释放，因此，所述钆基造影剂复合材料能够在保证高弛豫性能的同时，具有优异的安全性能。
8、值得说明的是，以单分子胶束为模板，利用单分子胶束内部的丰富的活性位点，将游离的磷酸根与钙离子在单分子胶束内嵌段沉淀组装形成羟基磷灰石结构的磷酸钙，且因单分子胶束本身的单分散程度，可以引导控制形成的尺寸均一的磷酸钙；同时由于钆基造影剂分子同样富含羧基，在磷酸钙组装过程中可通过与钙离子相互作用实现掺入，通过物理包载将钆基造影剂固定于磷酸钙中，进而延长钆基造影剂旋转相关时间，提高mri诊断的灵敏度。
9、作为本发明优选的技术方案，所述钆基造影剂包括gd-do3a、gd-dota或gd-dtpa中的任意一种。
10、本发明中，gd-do3a、gd-dota和gd-dtpa均为市售产品。
11、作为本发明优选的技术方案，所述单分子胶束包括环糊精基星型嵌段共聚物。
12、优选地，所述环糊精基星型嵌段共聚物的平均粒径为30-50nm，例如可以是32nm、35nm、36nm、38nm、40nm、42nm、45nm、46nm或48nm等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
13、优选地，所述环糊精基星型嵌段共聚物的分子式为β-cd-g-[an-b-bm]21，其中，a为第一亲水嵌段，n为第一亲水嵌段的聚合度，b为第二亲水嵌段，m为第二亲水嵌段的聚合物。
14、优选地，所述第一亲水嵌段包括聚丙烯酸（paa）。
15、优选地，所述n的取值为50-60，例如可以是51、52、53、54、55、56、57、58或59等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
16、优选地，所述第二亲水嵌段包括聚(聚乙二醇甲醚丙烯酸酯)或聚(聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯)。
17、优选地，所述m的取值为8-20，例如可以是9、10、11、12、13、14、15、16、17、18或19等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
18、值得说明的是，需要严格控制第一亲水嵌段和第二亲水嵌段的聚合度，以得到合适的单分子胶束，进而有效增大钆基造影剂的纵向弛豫率。
19、值得说明的是，环糊精基星型嵌段共聚物中的嵌段富含羧基，因此可将游离的磷酸根与钙离子在单分子胶束内嵌段沉淀组装形成磷酸钙，并由于单分子胶束的单分散程度以及第二亲水嵌段的亲水型聚合物可以限制磷酸钙的进一步生长，引导控制形成的尺寸均一的磷酸钙，赋予材料良好的水溶性。
20、作为本发明优选的技术方案，所述环糊精基星型嵌段共聚物的制备方法包括以下步骤：
21、（1）混合第一聚合单体、引发剂、催化组合物和第一溶剂，进行第一自由基聚合反应，得到第一聚合物前驱体；
22、（2）混合第二聚合单体、催化组合物、第二溶剂和步骤（1）所得第一聚合物前驱体，进行第二自由基聚合反应，得到环糊精基星型嵌段共聚物前驱体；
23、（3）将步骤（2）所得环糊精基星型嵌段共聚物前驱体进行水解反应，得到所述环糊精基星型嵌段共聚物。
24、本发明中，以21-br-β-cd为引发剂，采用分段atrp聚合的方式依次聚合第一聚合单体和第二聚合单体，而后经水解反应，得到所述环糊精基星型嵌段共聚物。
25、作为本发明优选的技术方案，所述催化组合物包括催化剂和催化剂配体。
26、优选地，所述催化剂包括溴化亚铜或氯化亚铜；所述催化剂配体包括五甲基二乙烯三胺（pmdeta）。
27、优选地，步骤（1）所述第一聚合单体包括丙烯酸叔丁酯（tba）。
28、优选地，步骤（1）所述引发剂包括21-br-β-cd。
29、本发明中，所述21-br-β-cd是以β-环糊精为起始原料，与2-溴-异丁酰溴（bibb）反应得到全溴化的大分子引发剂，对其制备方法不做具体限定，本领域技术人员可按照现有技术提供的方法进行制备。
30、优选地，步骤（1）所述第一溶剂包括甲基乙基酮。
31、优选地，步骤（1）所述引发剂和第一聚合单体的摩尔比为1:(500-600)，例如可以是1:510、1:520、1:530、1:540、1:550、1:560、1:570、1:580或1:590等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
32、优选地，步骤（1）所述第一自由基聚合反应的温度为50-70℃，例如可以是52℃、55℃、56℃、58℃、60℃、62℃、65℃、66℃或68℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
33、优选地，步骤（1）所述第一自由基聚合反应的时间为5-8h，例如可以是5.5h、6h、6.5h、7h或7.5h等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
34、本发明中，步骤（1）所述第一自由基聚合反应的具体方法包括：将引发剂溶解于第一溶剂中，而后向其中加入第一聚合单体和催化剂配体，并除去反应体系中多余的氧气，随后在氩气的氛围下加入催化剂，在搅拌、温度为50-70℃下进行第一自由基聚合反应5-8h。
35、优选地，步骤（2）所述第二聚合单体包括聚乙二醇甲醚丙烯酸酯（oeg）或聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯（mpeg-mma）。
36、优选地，步骤（2）所述第二溶剂包括二氧六环。
37、优选地，步骤（2）所述第二聚合单体和第一聚合物前驱体的摩尔比为1:(90-110)，例如可以是1:92、1:95、1:96、1:98、1:100、1:102、1:105、1:106或1:108等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
38、优选地，步骤（2）所述第二自由基聚合反应的温度为50-70℃，例如可以是52℃、55℃、56℃、58℃、60℃、62℃、65℃、66℃或68℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
39、优选地，步骤（2）所述第二自由基聚合反应的时间为22-30h，例如可以是23h、24h、25h、26h、27h、28h或29h等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
40、本发明中，步骤（2）所述第二自由基聚合反应的具体方法包括：将第一聚合物前驱体、第二聚合单体和催化剂配体溶解于第二溶剂中，并除去反应体系中多余的氧气，而后在氩气的氛围下加入催化剂，在搅拌、温度为50-70℃下进行第二自由基聚合反应22-30h。
41、本发明中，对所述第一自由基聚合反应和所述第二自由基聚合反应的后处理步骤不做限定，具体后处理方法可按照现有技术提供的方法进行。
42、优选地，步骤（3）所述水解反应的温度为20-30℃，例如可以是21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃或29℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
43、优选地，步骤（3）所述水解反应的时间为22-30h，例如可以是23h、24h、25h、26h、27h、28h或29h等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
44、本发明中，步骤（3）所述水解反应的具体方法包括：将环糊精基星型嵌段共聚物前驱体溶于二氯甲烷中，而后加入三氟乙酸（tfa），随后在温度为20-30℃下水解反应22-30h。
45、本发明中，步骤（3）所述水解反应后还进行了抽滤、二氯甲烷洗涤和真空干燥。
46、作为本发明优选的技术方案，所述钆基造影剂与单分子胶束的质量比为1:(7-12)，例如可以是1:7.5、1:8、1:8.5、1:9、1:9.5、1:10、1:10.5、1:11或1:11.5等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
47、优选地，所述钆基造影剂复合材料的平均粒径为20-40nm，例如可以是22nm、25nm、26nm、28nm、30nm、32nm、35nm、36nm或38nm等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
48、优选地，所述钆基造影剂复合材料的纵向弛豫率＞80mm-1s-1，例如可以是82mm-1s-1、85mm-1s-1、87mm-1s-1、90mm-1s-1、92mm-1s-1或95mm-1s-1等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
49、值得说明的是，所述钆基造影剂复合材料的纵向弛豫率＞80mm-1s-1，而商用gd-dtpa小分子的纵向弛豫率仅有4.36mm-1s-1，本发明的造影剂其纵向弛豫率值是商用造影剂的近20倍，表明本发明所述钆基造影剂复合材料具有非常高的灵敏度，即使用较少的量便可以达到一个更好的效果；另外，体外的释放实验也表明，钆基造影剂复合材料在酸性条件下5min便开始了分解，12h基本就可以分解完成，其具有良好的安全性能。以上两点优势有效弥补了商用造影剂的缺陷，为未来的商业化铺平了道路。
50、第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的钆基造影剂复合材料的制备方法，所述制备方法包括：
51、混合单分子胶束、第一盐溶液和第二盐溶液，进行水热反应，得到所述钆基造影剂复合材料；
52、所述第一盐溶液包括以下组分：钆基造影剂、磷酸盐、钠盐和第一缓冲液；
53、所述第二盐溶液包括以下组分：钙盐和第二缓冲液。
54、本发明提供的制备方法，通过一步水热合成法即可使得游离的磷酸根与钙离子在富含羧基的单分子胶束内嵌段沉淀组装形成磷酸钙，且钆基造影剂小分子固定于得到的磷酸钙中。所述制备方法工艺简单便捷，成本低。
55、作为本发明优选的技术方案，所述混合的方法包括：混合单分子胶束和第一盐溶液，而后向其加入第二盐溶液。
56、本发明中，所述混合在涡旋下进行。
57、优选地，所述单分子胶束包括环糊精基星型嵌段共聚物。
58、优选地，所述磷酸盐包括磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钾、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾中的任意一种或至少两种的组合。
59、优选地，所述钠盐包括氯化钠。
60、优选地，所述第一缓冲液包括hepes盐溶液。
61、优选地，所述钆基造影剂、磷酸盐和钠盐的摩尔比为1:(2-4):(60-80)，例如可以是1:2:60、1:2.5:60、1:3:70、1:3.5:70、1:3:80或1:4:80等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
62、优选地，所述钆基造影剂和第一缓冲液的质量体积比为1mg:(0.8-2)ml，例如可以是1mg:1ml、1mg:1.2ml、1mg:1.5ml、1mg:1.6ml或1mg:1.8ml等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
63、优选地，所述钙盐包括氯化钙、硝酸钙或乙酸钙中的任意一种或至少两种的组合。
64、优选地，所述第二缓冲液包括tris-hcl溶液。
65、优选地，所述钆基造影剂和钙盐的摩尔比为1:(120-130)，例如可以是1:121、1:122、1:123、1:124、1:125、1:126、1:127、1:128或1:129等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
66、优选地，所述钙盐和第二缓冲液的质量体积比为(25-30)mg:1ml，例如可以是26mg:1ml、27mg:1ml、28mg:1ml或29mg:1ml等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
67、优选地，所述水热反应的温度为110-130°c，例如可以是112℃、115℃、116℃、118℃、120℃、122℃、125℃、126℃或128℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
68、优选地，所述水热反应的时间为20-30min，例如可以是21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min或29min等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
69、优选地，所述水热反应后还依次进行了透析和冻干。
70、第三方面，本发明提供了一种造影用组合物，所述造影用组合物包括药学上可接受的辅剂和第一方面所述的钆基造影剂复合材料；
71、所述辅剂包括稀释剂。
72、本发明还提供了一种非医疗目的的造影方法，所述造影方法包括：向待造影的对象给予第一方面所述的钆基造影剂复合材料或第三方面所述的造影用组合物，并进行造影。
73、第四方面，本发明提供了一种如第一方面所述的钆基造影剂复合材料的应用，所述钆基造影剂复合材料用于肿瘤磁共振成像或检测试剂的制备。
74、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
75、（1）本发明提供的钆基造影剂复合材料，通过在单分子胶束的相邻嵌段间镶嵌组装有尺寸均一的磷酸钙，并通过物理包载将钆基造影剂固定于磷酸钙中，可以显著延长钆基造影剂旋转相关时间，进而有效增大其弛豫率，提高mri诊断的灵敏度；
76、（2）本发明提供的钆基造影剂复合材料，所含的磷酸钙材料在酸性环境下具有优异的生物可降解性能和安全性能，可以在短时间内实现快速的响应降解释放，延长成像的窗口时间；
77、（3）本发明提供的制备方法，通过一步水热合成法即可使得游离的磷酸根与钙离子在富含羧基的单分子胶束内嵌段沉淀组装形成磷酸钙，且钆基造影剂固定于得到的磷酸钙中；所述制备方法工艺简单便捷，成本低。