包括含碳13的石墨烯量子点的MRI造影剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种包括含碳-13(

背景技术

用于诊断的磁共振成像(MRI)是最安全和非破坏性的成像技术之一，其能够通过观察人体内部来诊断疾病，与其他诊断成像技术不同，它具有不涉及放射性暴露的优势，同时对人体组织敏感。因此，磁共振的应用和利用率趋于日益增加，并且自2019年起，在韩国，磁共振的医疗保险范围也在不断扩大。

作为磁共振造影剂，使用的是钆、锰和氧化铁等顺磁性材料的胶体溶液，以及特别地，目前市售的钆基产品应用最为广泛。然而，由于钆、锰等有很强的毒性，它们以与有机材料的螯合物形式使用以减少其毒性。然而，这仍然已知会在人体中诱发各种副作用。例如，在某些情况下会出现相对温和的症状，如瘙痒、呕吐、恶心和皮疹，以及严重的副作用，如肾衰竭、系统性纤维化、过敏性休克和心脏骤停，甚至可能导致死亡(韩国专利No.10-2020870)。

因此，有人试图利用

因此，迫切需要开发使用

发明内容

【技术问题】

本发明旨在解决如上所述的相关领域中的问题，并且其目的是提供利用微波制备含碳13的石墨烯量子点的方法，通过该制备方法制备的包含含碳13的石墨烯量子点作为活性成分的磁共振成像造影剂等。

然而，本发明旨在解决的技术问题不限于上述技术问题，并且本发明所属技术领域的普通技术人员可从以下描述中清楚地理解未提及的其他技术问题。

【技术方案】

本发明提供了一种制备磁共振成像造影剂的方法，该方法包括：a)通过向水溶液中加入含碳-13(

在本发明的一个示例性实施方案中，含

在本发明的另一个示例性实施方案中，该水溶液优选为蒸馏水或酸性水溶液，并且酸性水溶液是指使用乳酸、乙酸、甲酸、抗坏血酸、柠檬酸、草酸、丁酸等制备的水溶液，但不限于此，除非该酸性水溶液是有机溶剂或显示毒性的水溶液。

在本发明的另一个示例性实施方案中，步骤a)中的糖溶液的以优选地0.001g/ml至1g/ml，更优选地0.01g/ml至0.1g/ml的浓度制备。

在本发明的又另一个示例性实施方案中，在步骤b)中可优选将糖溶液以10瓦(W)至3000瓦(W)的功率消耗微波处理1分钟至500分钟，更优选地以100瓦至1000瓦的功率消耗微波处理10分钟至300分钟，甚至更优选地以500瓦至1000瓦的功率消耗微波处理20分钟至100分钟，还更优选地以700瓦至900瓦的功率消耗微波处理20分钟至50分钟。

在本发明的又一个示例性实施方案中，含

在本发明的又一个示例性实施方案中，该磁共振成像造影剂的特征在于在包括肝脏或脾脏的网状内皮系统中积累并用于获得其图像。

在本发明的又一个示例性实施方案中，该磁共振成像造影剂的特征在于被用于获得血管、淋巴结或癌细胞的血管生成、或动脉粥样硬化斑块的图像。

在本发明的又一个示例性实施方案中，该磁共振成像造影剂的特征在于作为添加到磁共振图像中的多成像造影剂，并且用于获得包括拉曼成像、正电子发射断层成像(PET)或荧光成像的图像。

在本发明的又一个示例性实施方案中，磁共振成像造影剂的特征在于作为T1造影剂。

此外，本发明提供了一种磁共振成像造影剂，其包含含有

在本发明的一个示例性实施方案中，该含

此外，本发明提供了一种图像监测方法，其包括向对其有需要的受试者施用由该方法制备的磁共振成像造影剂。

【有益效果】

由于制备包含本发明的含碳13的石墨烯量子点作为活性成分的磁共振成像造影剂的方法可以在1小时内在短时间内通过一步法容易地制备含碳13的石墨烯量子点，并且可在制备过程中在不使用如有机溶剂等有害物质的情况下制备含碳13的石墨烯量子点，不需要后续去除的后处理工艺步骤，以及可以提高稳定性。进一步说，由于本发明的磁共振成像造影剂仅由碳、氧和氢组成，因此毒性较低，并且可容易地使用糖来分散在水溶液中，因此当施用于人体时，磁共振成像造影剂可容易地从体内排出，并且预期在使用磁共振成像造影剂时减少肾功能受损患者经常发生的肾源性系统纤维化的发生率，因此，本发明的磁共振成像造影剂有望作为磁共振成像造影剂稳定地应用于各种患者。

附图说明

图1是组显示根据本发明的一个示例性实施方案的含碳13的石墨烯量子点的合成机制和合成结果的一组视图。

图2是显示使用傅里叶变换红外光谱分析根据本发明的一个示例性实施方案的含碳13的石墨烯量子点的特征的结果的视图。

图3是显示了使用拉曼光谱分析根据本发明的一个示例性实施方案的含碳13的石墨烯量子点的特征的结果的一组视图。

图4是显示了使用X射线光电子能谱分析根据本发明的一个示例性实施方案的含碳13的石墨烯量子点的特征的结果的一组视图。

图5是显示了使用透射电子显微镜分析根据本发明的一个示例性实施方案的含碳13的石墨烯量子点的特征的结果的一组视图。

图6是显示了通过体模成像测试验证根据本发明的一个示例性实施方案的含碳13的石墨烯量子点的成像效果的结果的一组视图。

具体实施方式

由于为开发具有低体内毒性且具有优异溶解度的磁共振成像造影剂而进行进行的深入研究，本发明人通过用微波处理糖，在短时间内容易地地制备溶解度增加、毒性降低的含碳13的石墨烯量子点，并由此开发了一种通过本发明方法制备的包含含碳13的石墨烯量子点作为活性成分的磁共振成像造影剂。

如本文所用，“石墨烯”是指多个碳原子彼此共价连接形成多环芳烃分子，并且该共价连接的碳原子形成一个6元环作为基本重复单元，但其还可包括5元环和/或7元环。

如本文所用，“石墨烯量子点(GQD)”是指纳米级的石墨烯片段。众所周知，石墨烯量子点几乎没有生物毒性，并且在施用于人体时容易从体内排出。本发明的石墨烯量子点可以以固体或液体形式存在。溶剂可以包括非水性溶剂，如乙醇、异丙醇、DMSO、乙酸、乙醇胺和乙酸乙酯，或者可包括被掺入晶格中的水作为溶剂。溶剂(其中水是掺入晶格的溶剂)通常被称为“水合物”。本发明包括所有此类溶剂。

在本说明书中，含碳13(

如本文所用，“糖”包括线性或环状单糖、寡糖或多糖。寡糖是指具有两个或更多个单糖残基的糖。糖可以是单糖或多糖，作为糖的一些示例，单糖可以是葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、木糖、核糖、阿拉伯糖、来苏糖、蔗糖、麦芽糖等，并且多糖可以是乳糖、纤维素、糖原、淀粉、甲壳素、寡糖、葡聚糖、壳聚糖、胼胝体、昆布多糖、金藻昆布多糖、木聚糖、阿拉伯木聚糖、甘露聚糖、褐藻糖胶和半乳甘露聚糖，并且根据本发明的一个示例性实施方案可以是葡萄糖，但不限于此。

如本文所用，“微波”是指波长和频率介于无线电波和红外线之间的电磁波，通常是指波长在1mm和10cm之间的电磁辐射，并且是约300MHz至约300GHz频段的电磁波的通用术语。就真空中的波长而言，微波是波长约为1m至1mm的电磁波。这种微波包括约30GHz至300GHz的毫米波。具有短波长的波，如微波，具有类似于光波的特性，因此具有直线传播、反射和吸收特性。因此，这种波可用于通过微波介质加热食品，解冻冷冻食品，简单地对食品进行消毒，并对食品中的害虫进行杀菌，以及广泛用于通信(电波的传输)。通常使用磁控管来产生微波。

在本说明书中，“磁共振成像造影剂”可包括其中含碳-13(

磁共振成像造影剂可以是添加到磁共振图像中的多成像造影剂，并用于获得包括拉曼成像、正电子发射断层成像(PET)或荧光成像的图像，但不限于此。能够与其他基于磁共振成像的成像设备进行多成像的造影剂能够快速准确地诊断出所需的疾病，并在进入治疗阶段之前准确识别疾病。例如，关于病变的各种类型的信息可通过同时进行由MRI进行断层成像和由PET进行分子成像的多成像来获得，并且其可以包括示出允许通过弥补彼此的缺点来更可靠地识别病变状态的结果的那些信息。

MRI造影剂一般分为两类，其中，T1造影剂因其在MRI图像中表现出使相应区域变亮的效果，也被称为正性造影剂；T2造影剂通过MRI设备的磁场干扰使相应区域变暗，因此被称为负性造影剂。一般来说，众所周知，T2造影剂具有在有出血、钙化、血栓、金属沉积等情况下产生混淆的缺点，因此竞争力较弱。

在本发明中，该磁共振成像(MRI)造影剂包含生物活性材料，其被键合到含碳-13(

此外，生物活性材料包括相关领域中已经知道的所有生物活性材料，更具体地说，包括可以通过相关领域中已知的方法键合的所有生物活性材料。例如，含碳-13(

此外，该与生物活性材料键合的含碳-13(

在本发明中，生物活性材料可包括：生物活性材料，其选自靶向材料组成的组，所述靶向材料选自由蛋白质、RNA、DNA、抗体及其组合组成的组，该生物活性材料在体内选择性地与靶向材料结合；诱导细胞凋亡的基因或毒性蛋白质；荧光材料；同位素：对光、电磁波、辐射或热敏感的材料；药理活性材料；及其组合。

如本文所用，“对其有需要的受试者”是指可向其施用本发明的组合物的受试者，而受试者不受限制。

下面，将提出有助于理解本发明的优选实施例。然而，提供以下实施例只是为了使本发明更容易理解，并且本发明的内容不受以下实施例的限制。

实施例

实施例1.含碳13的石墨烯量子点的制备

1.1.含碳13的石墨烯量子点的制备

为了制备可溶于水溶液的含碳13(

如图1所示，通过微波处理由葡萄糖引发水缩合反应，制备出含碳-13的石墨烯量子点，并且其可通过水溶液的颜色进行确认，通过增加微波强度或反应时间提高含碳-13的石墨烯量子点的合成率。

1.2.含碳13的石墨烯量子点的表征

对以与实施例1.1相同的方式制备的含碳-13的石墨烯量子点的特性进行了分析。首先，用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析了化学特性。结果显示在图2中。

如图2所示，确认在含碳13的石墨烯量子点中存在羟基(-OH)、羧基(-COOH)等含氧官能团，并确认C＝O/C＝C键峰的强度比约为0.79。

此外，还使用拉曼光谱仪(CRM200，Witech)确认了拉曼光谱。结果显示在图3中。

如图3所示，作为比较含碳12的石墨烯量子点(上图)和含碳13的石墨烯量子点(下图)的结果，证实了由于分子振动频率的变化而出现了峰的偏移，并且在两个石墨烯量子点中出现了G峰。通过上述结果，证实了含碳13的石墨烯量子点通过由葡萄糖石墨化来成功制备。

接下来，将X射线光电子能谱(XPS)用于分析含碳-13的石墨烯量子点的特性。结果显示在图4中。

如图4所示，证实了含碳13的石墨烯量子点由碳-碳单键、碳-碳双键和碳-氧键组成，作为仅由碳和氧组成的材料。

此外，碳-13石墨烯量子点还使用透射电子显微镜(TEM)来确认。结果显示在图5中。

如图5所示，证实了含碳-13的石墨烯量子点具有直径为约2nm至5nm的均匀圆形形态。

实施例2.含碳13的石墨烯量子点的造影效果的验证

为了确认以与实施例1.1相同的方式制备的含碳13的石墨烯量子点的成像效果，使用不同浓度的含碳13的石墨烯量子点在各种测量模式下进行体模成像测试。T

如图6所示，证实在T1 RARE INV REC模式下，随着溶液中含有的含碳13的石墨烯量子点的浓度增加，对比效果显得更强。然而，证实了T2 Turbo RARE模式并没有根据浓度显示出明显的差异。通过上述结果，可以证实本发明的含碳13的石墨烯量子点可用作为T1磁共振成像造影剂。

通过上述结果，可以确认含碳13的石墨烯量子点通常通过本发明的利用微波制备含碳13的石墨烯量子点的方法来制备，并且确认了由本发明的方法制备的含碳13的石墨烯量子点可以作为T1磁共振成像造影剂。此外，还证实了与现有的热氧化切割法或自下而上法相比，由本发明的微波制备方法所制备的含碳13的石墨烯量子点尺寸均匀且杂质减少。此外，通过使用微波合成含碳13的石墨烯量子点，很容易根据反应物和溶剂的类型来调整羧基等官能团的比例。此外，由于含碳-13的石墨烯量子点可容易地通过一步法在短时间内制备，并且可在制备过程中不使用有机溶剂等有害物质的情况下被制备，不需要进行去除的后处理工艺步骤，因此，由于可以显著降低生产成本，可以实现含碳-13的石墨烯量子点的大规模生产和产业化。此外，由于本发明的含碳-13的石墨烯量子点仅由碳和氧组成，所以不仅毒性低，而且可使用糖容易地分散在水溶液中，因为它可以容易地分散在水溶液中，所以含碳-13的石墨烯量子点有望有效地作为MRI造影剂使用。

出于说明的目的提供对本发明的上述描述出于，本发明所属领域的技术人员将理解，本发明可以很容易地修改成其他具体形式，而不改变本发明的技术精神或基本特征。因此，应该理解，上述实施方案在所有方面仅是示例性的，并不是限制性的。

【工业实用性】

由于本发明的利用微波制备磁共振成像造影剂的方法可以在短时间内通过一步法容易地制备含碳13的石墨烯量子点，并且能够在制备过程中不使用有机溶剂等有害物质的情况下制备含碳13的石墨烯量子点，不需要进行去除的后处理工艺步骤，从而显著降低生产成本。因此，可以实现包含该含碳13的石墨烯量子点作为活性成分的磁共振成像造影剂的大规模生产和产业化。