单分子多核簇功能化的介孔碳材料：T1、T2-双模式核磁成像与载药体系

诊疗一体化是一种将疾病诊断与治疗相结合的治疗策略，通过对药物的可视化传递和释放以及对肿瘤等疾病的实时监控，人们可以及时调整给药剂量及治疗方案，进而提高疾病的治疗效果。近日，复旦大学的周亚明（点击查看介绍）、凌云（点击查看介绍）团队通过单分子多核簇功能化介孔碳材料，合成了一种结合T₁、T₂-双模式核磁成像与载药功能于一体的双金属碳基复合材料（图1）。

图1. 单分子多核簇功能化的介孔碳材料作为双模式核磁成像与载药复合材料。图片来源：Adv. Funct. Mater.

目前，将核磁成像与载药结合的诊疗一体技术通常仅采用单一模式的T₁-加权核磁成像（造影剂为顺磁性钆螯合物）或者T₂-加权核磁成像（造影剂为超顺磁性氧化铁）。若将两种不同模式的核磁成像造影剂以及载药系统结合到一种复合功能材料的平台上，可能会有效地提高疾病诊断的准确性。然而，由于不同金属前驱体之间的物理化学性质不同，在材料制备过程中，不同金属前驱体与碳前驱体之间会存在竞争相互作用，从而导致两种不同纳米颗粒在介孔碳上分布不均和分散性差的问题。

针对这一问题，复旦大学的周亚明和凌云团队以单分子铁-钆多核簇{Fe₆Gd₆P₆}作为金属前驱体，与酚醛树脂、造孔剂F127通过溶剂挥发诱导自组装的方法，制备了一种GdPO₄和γ-Fe₂O₃双金属纳米颗粒高度分散的功能化二维六方介孔碳材料（Fe–Gd/OMC）（图2a）。在合成过程中，{Fe₆Gd₆P₆}簇对铁、钆物种的分子限域效应，簇与酚醛树脂之间的超分子相互作用以及高热稳定性，有效地避免了金属颗粒的迁移与烧结。研究结果证明，该材料中GdPO₄和γ-Fe₂O₃均一分散地镶嵌在碳骨架中，粒径均小于5 nm（图2b）。对材料制备方法的进一步扩展实验表明，该方法同样适用于三维立方介孔碳材料的功能化，表明该方法具有一定的普适性（图2c）。

图2. (a) 高分散Fe–Gd功能化的介孔碳材料的合成示意图；(b) Fe–Gd功能化的二维六方介孔碳材料的电镜图片；(c) Fe–Gd功能化的三维立方介孔碳材料的电镜图片。图片来源：Adv. Funct. Mater.

该Fe–Gd/OMC复合材料中高分散的GdPO₄和γ-Fe₂O₃可分别作为T₁-加权造影剂和T₂-加权造影剂。此外，材料还很好地保持了碳载体的有序介观结构和高比表面积。基于以上优势，该复合材料在体外实验中表现出良好的T₁-、T₂-加权双模式核磁成像与载药性能：弛豫率r₁和r₂分别为2.7 mM^–1•S^–1、183.7 mM^–1•S^–1（（图3），DOX载药量为102 mg•g^–1。体外细胞摄取实验及毒理学研究表明该复合材料可以很好地进入细胞且对细胞无明显毒副作用。

图3. Fe–Gd/OMC复合材料的核磁成像性能。图片来源：Adv. Funct. Mater.

此项研究将多核金属簇化学和碳材料有效结合，提供了一种新颖的制备多功能碳材料的研究思路。鉴于合成的复合材料具有良好的T₁-、T₂-双模式核磁成像与载药性能，有望成为一种新型有效的诊疗制剂，在肿瘤、癌症等疾病的治疗中具有巨大的应用前景。

这一成果近期发表在Advanced Functional Materials 上，文章的第一作者是复旦大学的博士研究生张倩倩。

该论文作者为：Qianqian Zhang, Peiyuan Wang, Yun Ling, Xiaomin Li, Lixue Xia, Yongtai Yang, Xiaofeng Liu, Fan Zhang, and Yaming Zhou

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Single Molecular Wells–Dawson-Like Heterometallic Cluster for the In Situ Functionalization of Ordered Mesoporous Carbon: A  T₁- and T₂-Weighted Dual-Mode Magnetic Resonance Imaging Agent and Drug Delivery System

Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1605313, DOI: 10.1002/adfm.201605313

导师介绍

周亚明

http://www.x-mol.com/university/faculty/9648

凌云

http://www.x-mol.com/university/faculty/9711

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