磁性铁氧体纳米颗粒由于其尺寸、组分可调的物理化学性质和良好的生物学相容性，目前已广泛应用于生物医学领域，尤其是作为超灵敏对比剂应用在磁共振影像诊断领域。近期的研究表明，不同于传统的超顺磁性氧化铁T2造影剂，超小（小于5 nm）铁氧体纳米颗粒可展现出优异的T1造影成像性能，且T1的信号增强及生物学安全性有望优于目前商用的钆基T1造影剂。然而，多组分合成体系的成核与生长过程较复杂且不易精准控制，导致合成不同组分与尺寸的超小金属铁氧体纳米颗粒仍存在巨大挑战，其可控生长机理以及组分与磁共振造影性能间的关联作用机制亟待阐明。
近日，西北大学樊海明教授（点击查看介绍）研究团队巧妙地利用金属羧酸配合物的热分解性质提出了一种普适的动态同步热分解法（Dynamic Simultaneous Thermal Decomposition, DSTD），成功制备了单分散超小尺寸（小于4 nm）的磁性铁氧体纳米颗粒。该方法以制备超小锰铁氧体纳米颗粒(UMFNPs)为模型，所制备的UMFNPs的T1弛豫率高达8.43 mM-1·s-1，是商用造影剂Omniscan的2倍，可作为高效多功能的磁共振T1成像造影剂，其血管与肝脏的成像性能可媲美商用造影剂Omniscan和Primovist。
该方法采用新型无毒、廉价的前驱体芥酸铁，配合多种金属油酸配合物经动态同步热分解法制备超小铁氧体纳米颗粒，由于前驱体的热分解温度相近，经动态同步热分解，可实现成核掺杂，生长出小于4 nm、尺寸均一的铁氧体纳米颗粒；若两个前驱体经历动态非同步热分解，则发生生长掺杂，制备出尺寸大于6 nm的铁氧体颗粒。实验结果证明多前驱体热分解法过程的同步与非同步可直接决定铁氧体纳米颗粒的生长机制及其尺寸控制。
此外，早期研究普遍认为：对于磁性纳米颗粒，其磁共振信号增强主要来源于外球弛豫贡献，而内球弛豫贡献过小往往被忽视。然而，超小锰铁氧体纳米颗粒(UMFNPs)由于掺杂Mn2+，缩短了水分子在颗粒表面的停留时间，使内球弛豫贡献作用显著，成为UMFNPs造影性能提高的主要原因。UMFNPs在活体成像中展示了可清晰造影，增强主动脉弓、上腔静脉、锁骨下静脉、腋静脉和颈静脉等血管的特点。值得一提的是，不同于传统被动靶向肝脏Kupffer细胞的超顺磁氧化铁T2造影剂，颗粒表面的Mn2+离子促使UMFNPs特异性地积累于正常肝细胞，从而实现肝脏成像。由于超小颗粒具有易被肾小球过滤、易降解等特点，UMFNPs可快速被肾脏与肝脏清除，60小时内肾清除30.33%、肝清除67.4%，快速的肝脏与肾脏清除可有效降低其毒性。
总而言之，该研究为化学设计可用于临床诊断的超小尺寸磁性纳米颗粒T1造影剂带来新的机遇。这一成果近期发表在ACS Nano 上，文章的通讯作者是西北大学化学与材料科学学院樊海明教授。
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