Tổng hợp thuốc tương phản từ gadolinium

Ứng dụng của nguyên tố đất hiếm trong y học. Ứng dụng và phương pháp tổng hợp thuốc tương phản trong cộng hưởng từ MRI, chụp cắt lớp điện phân CTGần đây, lĩnh vực nghiên cứu y sinh mới nổi và đang phát triển bao gồm một số phương pháp xét nghiệm sinh học như chụp cắt lớp điện toán( CT), chụp cắt lớp vi tính phát xạ đơn (SPECT) , Chụp cắt lớp phát xạ Positron (PET) và chụp Cộng hưởng Từ (MRI). Các phương pháp chụp ảnh chụp cắt lớp này có khả năng thâm nhập cao nên chúng đóng một vai trò quan trọng trong hình ảnh y sinh. Tuy nhiên, các kỹ thuật này có một số nhược điểm không thể tránh khỏi như độ phân giải không gian hạn chế, thời gian thu nhận bản quét lâu và áp dụng các bức xạ ion hóa mạnh (ngoại trừ MRI). Hơn nữa, các phương thức này khác nhau ở độ phân giải không gian và thời gian, độ sâu hình ảnh và các đặc tính của chất tương phản từ cần thiết để cải thiện chất lượng hình ảnh về khả năng hiển thị của chúng. Hiện nay các phương pháp xét nghiệm sinh học này đều rất hữu ích vì chúng sử dụng các kỹ thuật hình ảnh và điều này giúp chẩn đoán nhanh và chính xác.

Tìm hiểu nghiên cứu: ” SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF GADOLINIUM-BASED NANOCRYSTALS FOR THEIR POTENTIAL APPLICATION AS TRIMODAL IMAGING CONTRAST AGENTS” nhóm tác giả Haroon Ur Rashid, Muhammad Yaseen, Ali Riaz, Kamin Khan, I Tổng quan Gần đây, lĩnh vực nghiên cứu y sinh phát triển bao gồm số phương pháp xét nghiệm sinh học chụp cắt lớp điện toán( CT), chụp cắt lớp vi tính phát xạ đơn (SPECT) , Chụp cắt lớp phát xạ Positron (PET) chụp Cộng hưởng Từ (MRI) Các phương pháp chụp ảnh chụp cắt lớp có khả thâm nhập cao nên chúng đóng vai trị quan trọng hình ảnh y sinh Tuy nhiên, kỹ thuật có số nhược điểm tránh khỏi độ phân giải không gian hạn chế, thời gian thu nhận quét lâu áp dụng xạ ion hóa mạnh (ngoại trừ MRI) Hơn nữa, phương thức khác độ phân giải không gian thời gian, độ sâu hình ảnh đặc tính chất tương phản từ cần thiết để cải thiện chất lượng hình ảnh khả hiển thị chúng Hiện phương pháp xét nghiệm sinh học hữu ích chúng sử dụng kỹ thuật hình ảnh điều giúp chẩn đốn nhanh xác Tuy nhiên, phần lớn kỹ thuật hình ảnh có chung nguyên lý áp dụng chất tương phản từ ngoại sinh để cải thiện tỷ lệ tín hiệu , đó, việc phát triển chất tương phản từ mong muốn để thu hình ảnh có chất lượng tốt Hơn nữa, việc áp dụng chất tương phản từ kỹ thuật hình ảnh y sinh làm giảm chi phí tăng tính an tồn cách hạn chế số lượng sử dụng chất cản quang cần thiết cho mục đích hình ảnh Ý tưởng điều chế tác nhân tương phản từ đa cấu trúc mang lại triển vọng cao, khơng tích hợp lợi ích phương thức khác mà cịn khắc phục thiếu sót Ngoài ra, chất tương phản từ đa cấu trúc hữu ích cho phát triển kỹ thuật hình ảnh Gần đây, ion kim loại lanthanide phát quang pha tạp với vật liệu nano chuyển đổi ngược để tạo vật liệu nano phát quang chuyển đổi ngược nghiên cứu ứng dụng tiềm chúng hình ảnh y sinh Cụ thể hơn, vật liệu nano phát quang chuyển đổi ngược kích thích xạ hồng ngoại gần (NIR) thu phát xạ ánh sáng vùng khả kiến nên đảm bảo hình ảnh quang học mơ sâu với khả tự phát huỳnh quang kiểm soát đáng kể tạo độ tương phản hình ảnh chất lượng tốt Trong đó, Vật liệu nano chuyển đổi ngược β-NaGdF4 ( nền) hoạt động vật chủ hoàn hảo cho việc pha tạp cặp ion lanthanide phát quang (Yb3+, Er3+) (Yb3+, Tm3+) nhằm thấy rõ phát quang chuyển đổi ngược Xét cấu tạo nguyên tử, Gadolini kim loại nặng có số hiệu nguyên tử (Z) cao với khả hấp thụ mạnh tia X Ion (Gd3+) với điện tử độc thân thể tính thuận từ mạnh,thời gian giãn điện tử dài (~10-9 s) mômen từ lớn (7,9 BM ) làm tác động lên proton phân tử nước gần đó, làm thay đổi cường độ tín hiệu proton, làm thay đổi độ tương phản mơ phim Những đặc tính làm cho Gadolinium trở thành ứng cử viên tốt cho ứng dụng làm chất phát quang, chất tương phản từ phương pháp CT MRI Trong nghiên cứu này, chất chuyển đổi ngược kích thước nano natri gadolinium florua (β-NaGdF4) pha tạp với cặp ion lanthanide phát quang ytterbium3+ erbium3+ để tạo chất nano phát quang chuyển đổi ngược (β-NaGdF4: Yb / Er) dùng làm tinh thể nano lõi Sau đó, chúng phủ lớp natri gadolinium florua pha tạp với neodymium (β-NaGdF4: Nd) để tạo β-NaGdF4: Yb / Er @ β-NaGdF4:Nd dùng làm tinh thể nano vỏ lõi Kết phương pháp nhiễu xạ bột tia X (XRD) cho thấy tinh thể nano β-NaGdF4 (vật chủ hay nền), β-NaGdF4: Yb / Er (lõi) β-NaGdF4: Yb / Er @ β-NaGdF4: Nd (vỏ- lõi) tồn pha tinh thể lục giác Trong đó, kết phương pháp tán xạ ánh sáng động học (DLS) kích thước hạt tinh thể nano tổng hợp nằm khoảng từ 12 đến 27 nm kết FTIR xác nhận tinh thể nano ổn định axit oleic Các tinh thể nano được tổng hợp báo cáo kỳ vọng chất tương phản từ hữu ích cho trình phát quang, chụp cắt lớp điện tốn(CT) chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) Do vậy, Bài báo cáo tiến hành với mục đích tổng hợp tinh thể nano β-NaGdF4 pha tạp chất Yb3+ Er3+ (NaGDF4: Yb / Er) (tinh thể nano lõi ) sau phủ lớp vỏ NaGdF4: Nd3+ (tinh thể nano vỏ lõi) để tạo nên chất tương phản từ tối ưu ứng dụng cho kỹ thuật hình ảnh y sinh II Thực nhiệm Tổng hợp Gadolinium acetate hydrate : Gd(CH3COO)3·H2O Gadolinium axetat hydrat điều chế theo quy trình Dühnen Haase Đầu tiên, cân xác 3.63 g (tương đương 10 mmol) Gd2O3 thêm vào dung dịch có 80 mmol axit axetic đậm đặc (4,6 mL) 12,4 mL nước cất Sau đem đun nóng hồi lưu dung dịch 90 ° C 60 phút để hịa tan hồn toàn Gd2O3 Sau loại bỏ axit axetic dư nước máy cô quay chân không 50 ° C, thu Gadolinium axetat hydrat dạng bột màu trắng Cuối cùng, bột làm khô 60 ° C 17 Tổng hợp Erbium acetate tetra hydrate: Er(CH3COO)3·4H2O Erbium axetat tetra hydrat điều chế theo quy trình Mondry Bukietyńska Trong đó, Er2O3 hòa tan axit axetic đậm đặc kiềm hóa đến pH = cách sử dụng nước khử ion Các tinh thể với hình dạng tốt Erbium axetat tetra hydrat hình thành trình bay chậm Tổng hợp β-NaGdF4 nanocrystals Các tinh thể nano β-NaGdF4 tổng hợp theo quy trình Tian đồng nghiệp anh với chút sửa đổi Đầu tiên, Gadolinium axetat hydrat (0,4 mmol) thêm vào bình cầu đáy trịn cổ dung tích 50 mL chứa sẵn axit oleic (4 mL) 1-octadecen (6 mL) Tiếp theo, hỗn hợp đun nóng đến 150 ° C trong môi trường giàu nito để nguội xuống 50 ° C Sau đó, rót 5,4 ml dung dịch metanol gồm NH4F (1,36 mmol) NaOH (1 mmol) vào khuấy 50 ° C 30 phút mơi trường giàu nitơ Sau đó, nhiệt độ tăng lên đến 290 ° C trì 1,5 khí N2 với khuấy từ liên tục Dung dịch sau để nguội đến nhiệt độ phòng Các tinh thể nano kết tủa cách thêm etanol lọc hút chân không Các tinh thể nano kết tủa rửa nhiều lần etanol làm khơ khơng khí 70 ° C qua đêm Cuối cùng, tinh thể nano thu thập phân tán mL xyclohexan để xác định thêm đặc tính Tổng hợp β-NaGdF4:Yb/Er (lõi) Lõi β-NaGdF4:Yb/Er vỏ lõi β-NaGdF4:Yb/Er@β-NaGdF4:Nd tổng hợp phương pháp phân hủy nhiệt Zheng et al mô tả với sửa đổi nhỏ Trong quy trình điển hình, 0,4 mmol Gd (CH3COO) · H2O, 0,392 mmol Yb (CH3COO) · 4H2O 0,008 mmol Er (CH3COO) · 4H2O trộn với mL axit oleic (OA) 12 mL 1-octadecen bình cầu đáy trịn cổ dung tích 50 mL Sau đó, hỗn hợp làm nóng đến 150 ° C trì 60 phút với có mặt dòng N2 liên tục khuấy từ Kết thu dung dịch màu vàng nâu suốt Sau làm lạnh dung dịch đến nhiệt độ phòng, thêm 10 mL dung dịch metanol chứa 2,72 mmol NH4F mmol NaOH khuấy lại dung dịch 50 ° C 30 phút để loại bỏ metanol Sau đó, dung dịch thu đun nóng đến 290 ° C trì 90 phút Sau làm nguội đến nhiệt độ phòng, tinh thể nano kết tủa cách thêm etanol, thu thập cách lọc ly tâm Cuối cùng, chúng rửa etanol nhiều lần phân tán lại xyclohexan Tổng hợp β-NaGdF4:Yb/Er@β-NaGdF4:Nd ( vỏ- lõi tinh thể) Đầu tiên, 0,788 mmol Gd (CH3COO)3 · H2O 0,012 mmol Nd (CH3COO) · H 2O thêm vào bình cầu đáy trịn cổ 50 mL chứa mL OA 12 mL 1-octadecen đun nóng đến 150 ° C dịng N2 khuấy từ 60 phút; tương tự vậy, dung dịch màu nâu vàng suốt tạo Sau làm nguội xuống 80 ° C, 0,4 mmol hạt tinh thể nano β-NaGdF4: Yb / Er (lõi) mL xyclohexan thêm vào dung dịch Sau làm bay hoàn toàn xyclohexan, thêm 10 mL dung dịch metanol chứa 2,72 mmol NH4F mmol NaOH Sau đó, hỗn hợp khuấy 50 ° C 30 phút Theo cách tương tự, sau làm bay metanol, nhiệt độ dung dịch nâng lên đến 290 ° C trì 90 phút dòng N2 với khuấy mạnh Cuối thu tinh thể nano lõi-vỏ nhiệt độ phòng với phương pháp tổng hợp lõi III Kết thảo luận Tất tinh thể nano phân tích phương pháp tán xạ ánh sáng động học (DLS), nhiễu xạ tia X (XRD) hồng ngoại (IR) Phương pháp đo DLS thực máy Zeta sizer Nano-Zs (Malvern,UK) nhiệt độ phòng Cấu trúc tinh thể nano phát quang chuyển đổi ngược tổng hợp phân tích cách sử dụng XRD pha D2 (Bruker, Đức)  Phương pháp tán xạ ánh sáng động học (DLS) Kết tinh thể (β-NaGdF4), lõi (β-NaGdF4:Yb/Er) lõi- vỏ (β-NaGdF4:Yb/Er@β-NaGdF4:Nd) với kích thước 19.69 nm, 12.35 nm 26.62 nm thể hình dưới: Hình 1: Các thơng số DLS vật chủ (β-NaGdF4), ( số lượng kích thước) Hình 2: Các thơng số DLS lõi (NaGdF4:Yb/Er), (số lượng kích thước) Hình 3: Các thơng số DLS lõi- vỏ β-NaGdF4:Yb/Er@β-NaGdF4:Nd ( số lượng kích thước)  Phương pháp XRD Phổ nhiễu xạ tia X tinh thể nano vật chủ β-NaGdF4 cho hình Nó cho thấy đỉnh xác định rõ Các vạch phổ có β-NaGdF4 tóm tắt Bảng Các giá trị Bảng tạo Origin® 8.0 với độ dày “t” “d-spacing” đỉnh nhiễu xạ tính MS-Excel 2007 Hình 4: XRD tinh thể β-NaGdF4 Trong bảng 1, 2θ, chiều cao đỉnh tính từ chân đế, chiều rộng đỉnh nửa chiều cao, khoảng cách d (Tính theo phương trình Bragg) độ dày tương ứng chúng (được tính phương trình Scherer) đưa Từ Bảng, người ta dễ dàng quan sát thấy giá trị 2θ cho phản xạ nằm khoảng từ 17 ° đến 52 ° Sử dụng phương trình Bragg, khoảng cách d( Å ) tính tốn nằm khoảng từ 1,74 Å đến tối đa 5,27 Å Độ dày mạng tinh thể tính phương trình Scherer Kết độ dày tinh thể nằm khoảng từ 4,98 đến 8,23 nm Bảng 1: Các thông số vạch phổ XRD tinh thể β-NaGdF4 S.No 2θ Height From Base Width at half height d-spacing (Å) Thickness “t” (nm) 17 4.07 1.67 5.27 4.98 30 15.66 1.24 3.00 6.87 43 7.81 1.22 2.12 7.22 52 8.71 1.11 1.74 8.23 Từ hình 5, quan sát phổ nhiễu xạ tia X mẫu lõi β-NaGdF4: Yb / Er Các đỉnh xác định rõ cho thấy diện số đơn vị lặp lại mẫu, điều cho thấy mẫu β-NaGdF4: Yb / Er có chất tinh thể Hình 5: XRD tinh thể lõi (β-NaGdF4:Yb/Er) Trong Bảng 2, số phản xạ phân giải tốt tóm tắt giá trị 2θ nằm khoảng từ 17 ° đến 56 ° mà thơng qua phương trình Bragg gợi ý khoảng cách hai mặt phản xạ nằm khoảng từ 1,64 Å đến 5,22 Å Áp dụng phương trình Scherer, người ta thấy độ dày tinh thể có mẫu tinh thể nano lõi β-NaGdF4: Yb / Er nằm khoảng từ 0,94 nm đến 8,66 nm Bảng 2: Các thơng số vạch phổ có tinh thể lõi β-NaGdF4:Yb/Er S.No 2θ Height From Base Width at half height d-spacing (Å) Thickness “t” (nm) 17 1.84 8.82 5.22 0.94 30 2.62 1.88 3.01 4.51 39 7.49 1.08 2.32 8.01 43 1.72 1.12 2.10 7.86 53 1.66 1.22 1.72 7.50 56 3.63 1.07 1.64 8.66 Các đỉnh xác định rõ cho thấy mẫu đặn vỏ-lõi diện tinh thể vỏ- lõi β-NaGdF4: Yb / Er @ β-NaGdF4: Nd Hình 6: XRD tinh thể vỏ- lõi β-NaGdF4:Yb/Er@β-NaGdF4:Nd Các vạch phổ tóm tắt Bảng Các giá trị Bảng tạo Origin® 8.0, độ dày “t” “khoảng cách d” đỉnh nhiễu xạ tính MS-Excel 2007 Trong Bảng 3, giá trị 2θ nằm khoảng từ 17 ° đến 56 ° Áp dụng phương trình Bragg, khoảng cách d mặt khác tính khoảng từ 1,54 Å đến 9,81 Å Những giá trị thực nghiệm cho thấy độ dày tinh thể khoảng từ 4.26 nm tới 15.92 nm Bảng 3: Các thông số vạch phổ XRD tinh thể vỏ-lõi β-NaGdF4:Yb/Er@β-NaGdF4:Nd S.No 2θ Height From Base Width at half height d-spacing (Å) Thickness “t” (nm) 09 1.10 1.93 9.81 4.26 17 0.83 1.27 5.21 6.53 30 1.56 1.42 2.98 5.98 39 0.33 1.08 2.31 8.06 43 1.42 1.23 2.10 7.17 46 0.02 0.56 1.97 15.92 52 0.11 1.92 1.76 4.76 53 1.72 1.36 1.72 6.74 60 0.38 1.44 1.54 6.58 Hình 7, quan sát thấy hình ảnh nhiễu xạ tất tinh thể (tinh thể lõi vỏ lõi) giống Figure XRD mẫu nano chuyển đổi ngược hoàn chỉnh β-NaGdF4 (đỏ) (JCPDS 27-0699), lõi β-NaGdF4:Yb/Er (đen) vỏ-lõi β-NaGdF4:Yb/Er@β-NaGdF4:Nd (xanh)  Phương pháp quang phổ hồng ngoại FT-IR Phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FTIR) tinh thể nano β-NaGdF4, lõi β-NaGdF4:Yb/Er vỏ-lõi β-NaGdF4:Yb/Er@β-NaGdF4:Nd thể hình 8, đỉnh 2927 2852 cm − nhóm –CH2 axit oleic gắn với tinh thể nano NaGdF4 Các đỉnh 1565 cm − 1464 cm − cho nhóm –COOH, đỉnh 3416 cm − 1551 cm − gán cho –OH C = O tương ứng Hơn nữa, hai cực đại xuất 1402 cm − 1093 cm − cho thấy nhóm –OH, C – OH –COOH diện bề mặt tinh thể nano tổng hợp Hình 8: (a) Nền: NaGdF4 (b) Lõi: NaGdF4/Yb/Er (c) Vỏ-lõi: NaGdF4/Yb/Er@NaGdF4/Nd Phổ FTIR tinh thể nano tương tự phổ đưa có diện –OH –COOH cho thấy số đặc tính ưa nước đặc tính bật tinh thể nano tổng hợp được, giúp chúng thuận lợi cho ứng dụng lĩnh vực y sinh lĩnh vực tương tự IV Kết luận Bài báo cáo tổng hợp thành công tinh thể nano β-NaGdF4 Các tinh thể nano pha tạp với cặp ion phát quang lanthanide (Yb3+ Er3+) để tạo tinh thể nano lõi (β-NaGdF4: Yb / Er) Một lớp β-NaGdF4: Nd phủ làm vỏ tinh thể nano lõi để tạo tinh thể nano vỏ-lõi β-NaGdF4: Yb / Er @ β-NaGdF4: Yb / Er Vật liệu nano kỳ vọng hữu ích cho việc chụp cắt lớp tia X gadolinium ngun tố có số hiệu nguyên tử lớn, có khả hấp thụ mạnh tia X Vật liệu nano dựa gadolinium ứng dụng làm chất tương phản từ Gd làm tác động lên proton phân tử nước gần đó, làm thay đổi cường độ tín hiệu proton, làm thay đổi độ tương phản mơ phim Do đó, tinh thể nano có khả trở thành chất tương phản từ thích hợp để chụp cắt lớp quang phát quang, MRI X-quang  ... thước hạt tinh thể nano tổng hợp nằm khoảng từ 12 đến 27 nm kết FTIR xác nhận tinh thể nano ổn định axit oleic Các tinh thể nano được tổng hợp báo cáo kỳ vọng chất tương phản từ hữu ích cho q trình... thể nano vỏ lõi) để tạo nên chất tương phản từ tối ưu ứng dụng cho kỹ thuật hình ảnh y sinh II Thực nhiệm Tổng hợp Gadolinium acetate hydrate : Gd(CH3COO)3·H2O Gadolinium axetat hydrat điều chế... làm thay đổi cường độ tín hiệu proton, làm thay đổi độ tương phản mơ phim Do đó, tinh thể nano có khả trở thành chất tương phản từ thích hợp để chụp cắt lớp quang phát quang, MRI X-quang