НАНОЧАСТИЦЫ И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК A61L31/02 A61B17/22 

Область техники

Настоящее изобретение относится к наночастицам и способам их получения. Дополнительно, настоящее изобретение также относится к устройству для удаления камней, содержащему наночастицы, и его применению.

Предшествующий уровень техники

Мочевые конкременты/камни (уролитиаз) имеют частоту встречаемости до 5%-10%, и могут быть обнаружены в любой части почки, мочевого пузыря, мочеточника или уретры, причем камни в почке и мочеточнике являются обычными. В результате клинических наблюдений было установлено, что кальцийсодержащие камни являются наиболее распространенными типами мочевых камней, то есть на их долю приходится приблизительно от 70% до 80% всех мочевых камней. В настоящее время существует лишь несколько случаев кальцийсодержащих камней, патологические причины которых были ясно выявлены, в то время как причины возникновения большинства кальцийсодержащих камней все еще не ясны. В соответствии с химическим составом, камни могут быть разделены на четыре категории: кальцийсодержащие камни, камни, индуцированные инфекцией, уратные камни и цистиновые камни. Кальцийсодержащие камни могут быть разделены на следующие типы: простой оксалат кальция, оксалат кальция с фосфатом кальция, оксалат кальция с небольшим количеством мочевой кислоты; основными компонентами камней, индуцированных инфекцией, являются магний-аммонийфосфат и гидроксиапатит; уратные камни могут быть разделены на следующие типы: мочевая кислота, амин мочевой кислоты или камни, содержащие небольшое количество оксалата кальция в дополнение к указанным выше ингредиентам; цистиновые камни могут быть разделены на следующие типы: простой цистин, или цистин с небольшим количеством оксалата кальция.

Мягкая/твердая уретроскопическая литотрипсия, выполняемая через естественный канал человеческого организма, имеет преимущества, состоящие в небольшой травме и определенном литотриптическом эффекте и в настоящее время является основным средством лечения для большинства камней в мочеточнике и камней в почках. Однако применяемая в настоящее время мягкая/твердая уретроскопическая литотрипсия также имеет несколько недостатков: 1) камни в верхнем отделе мочеточника и фрагменты камней в мочеточнике могут легко возвращаться в почку под действием инфузируемой воды или под действием силы отдачи в инструментах для литотрипсии; 2) отсутствует быстрый, безопасный и эффективный метод вывода остаточных осколков камней из просвета мочеточника и почечных чашечек. Важным средством для предотвращения возврата камней из мочеточника назад в почку является инструмент для блокирования мочеточника выше нахождения камней в мочеточнике. В настоящее время в клинической практике также применяют несколько обтураторов уретры, и такой вид инструментов блокирования камней также обычно применяют для удаления камней. Однако эти обтураторы уретры все еще имеют некоторые недостатки при практическом использовании. Корзинки для камней (такие как различные корзинки для камней, описанные в Патентных Публикациях № JP2009536081A, DE19904569A1, WO2004056275A1, WO2011123274A1, сконструированные с сетчатым мешком) являются наиболее часто применяемыми инструментами для перехвата и удаления камней, которые перекрывают проход камня и затем открываются с образованием сетки таким образом, чтобы предотвратить перемещение вверх осколков камней, и в то же время корзинки для камней также применяются в качестве инструментов для удаления камней, чтобы захватить сеткой и вывести небольшие осколки камней. Однако количество камней, удаляемое посредством корзинки для камней, каждый раз является ограниченным, при этом необходимы множественные подачи уретероскопа, в то время как повторные инъекции воды и подачи уретероскопа будут увеличивать риск перемещения остаточных осколков; кроме того, корзинка для камней не может полностью плотно закрыть просвет мочеточника, и все еще имеется вероятность того, что камни могут выскользнуть из сетки; более того, края камней в корзинке для камней могут легко выдавливаться из отверстий в корзинке, и, таким образом, могут легко оцарапать стенку мочеточника, когда камни вытаскивают и удаляют, вызывая тем самым осложнения в тяжелых случаях.

Кроме того, в CN105283140A описывается набор из сшитого геля для инкапсулирования уретральных камней и/или осколков уретральных камней. Однако когда гельсодержащий магнитный реагент (имитацию) добавляют к водному раствору, содержащему камни, катионный полимер диспергируется по существу в форме растворения в растворителе в большей степени, чем агрегирует на границах камней вследствие принципа совместимости подобного, что является недостаточным для намагничивания камней и удаления камней.

Подводя итог, следует отметить, что существует неотложная потребность в веществе и способе для удаления камней в мочевыделительной системе, которые могут собирать камни, облегчать забор камня, не повреждать стенки мочеточника при вытягивании камней, могут удобно размещаться и практически не вызывают сдвига камня.

СОДЕРЖАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение нацелено на решение проблемы остаточных осколков камней и их сложного удаления при традиционной мягкой/твердой уретроскопической литотрипсии. Следовательно, первая цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить наночастицу, которую можно безопасно и эффективно применять для удаления камня, расположенного в таком положении мочевыделительной системы, как почка, мочеточник и т.д., и наночастица имеет превосходную диспергируемость. Вторая цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ получения наночастицы с различными морфологическими структурами. Третья цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить применение наночастицы в координации со сделанной на заказ стержневой системой с магнитным зондом в операции по удалению мочевого конкремента; четвертая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить применение наночастицы в производстве изделия для удаления камня из мочевыделительной системы.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предлагается наночастица, содержащая ядро наночастицы, изготовленное из магнитного вещества; и оболочку наночастицы, образованную посредством присоединения мономерного модификатора поверхности к ядру наночастицы с использованием инициатора и/или сшивающего агента.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, наночастица содержит: ядро наночастицы, изготовленное из магнитного вещества; и оболочку наночастицы, образованную посредством модификации in situ поверхности ядра наночастицы мономерным модификатором поверхности с использованием инициатора и/или сшивающего агента; при этом поверхность наночастицы после модификации и функционализации поверхности имеет амидную связь или карбоксильную группу, и массовая процентная доля оболочки составляет 0,5-45% (исключая крайние значения), предпочтительно, 1-40%, более предпочтительно 2-40%, дополнительно более предпочтительно 1-15% или 2-15%, наиболее предпочтительно 1%, 2%, 15% или 40%, относительно массы наночастиц.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, наночастица содержит: ядро наночастицы, изготовленное из магнитного вещества; и оболочку наночастицы, образованную посредством модификации in situ поверхности ядра мономерным модификатором поверхности с использованием инициатора и/или сшивающего агента; при этом поверхность наночастицы после модификации и функционализации поверхности имеет амидную связь или карбоксильную группу, и способ получения магнитного ядра наночастицы представляет собой метод соосаждения, при этом раствор магнитного вещества и катализатор добавляют способом непрерывного добавления по каплям с помощью электронного насоса.

В другом варианте осуществления наночастица содержит: ядро наночастицы, изготовленное из магнитного вещества; и оболочку наночастицы, образованную посредством модификации in situ поверхности ядра наночастицы мономерным модификатором поверхности с использованием инициатора и/или сшивающего агента; при этом поверхность наночастицы после модификации и функционализации поверхности имеет амидную связь или карбоксильную группу, и способ получения магнитного ядра наночастицы представляет собой метод соосаждения, при этом мономерный модификатор поверхности добавляют способом непрерывного добавления по каплям с помощью электронного насоса.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, наночастица окружает камень посредством физической адсорбции, химического связывания и фоточувствительной, термочувствительной и чувствительной к рН сшивки; конкретно, силы взаимодействия между наночастицами и камнем для связывания и окружения включают: силы Ван-дер-Ваальса, которые образуют взаимодействующее окружение, гидрофобное взаимодействие, адсорбцию и осаждение на поверхности; ковалентные связи, образованные между карбоксилом и камнем, включающие водородные связи, сложноэфирные связи, амидные связи и другие ковалентные связи; взаимодействующее физическое переплетение и химическую сшивку между цепями.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, ядро наночастицы имеет диаметр, равный 2-50 нм, и массовую процентную долю, равную 30-95%, относительно полной массы наночастицы, и магнитное вещество, составляющее ядро, включает соединение Fe³⁺_, Fe²⁺, Mn²⁺ или Ni²⁺, или элемент-металл, выбранный из железа, никеля, меди, кобальта, платины, золота, европия, гадолиния, диспрозия, тербия или композита, или оксид вышеуказанных металлов, или любое одно из приведенных выше веществ, или комбинации из двух или нескольких приведенных выше веществ, предпочтительно один из или комбинацию любых двух из Fe³⁺_, Fe²⁺, Mn²⁺ или Ni²⁺, более предпочтительно Fe³⁺ и Fe²⁺ при отношении, равном от 15% до 85%, предпочтительно от 1:2,5 до 1,5:1. Следует отметить, что посредством способа получения наночастицы, применяемого в настоящем изобретении, можно хорошо контролировать размер и величину магнитного ядра наночастицы; особенно, в сравнении с наночастицами, полученными другими способами, в ряду параметров наночастицы, полученных в настоящем изобретении, которые относятся к биомедицинскому применению, диспергируемость наночастицы является очень хорошей и составляет менее 1,1.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, модификатор поверхности включает гидрофильный модификатор поверхности с функцией ответа, гидрофобный модификатор поверхности с функцией ответа, фоточувствительный модификатор поверхности с функцией ответа, термочувствительный модификатор поверхности с функцией ответа или чувствительный к рН модификатор поверхности с функцией ответа, при этом гидрофильный модификатор поверхности включает акриловую кислоту, метакриловую кислоту, изобутилакриламид или поли-N-замещенный изопропилакриламид; гидрофобный модификатор поверхности включает олефины, предпочтительно полистирол, полиэтилен или олеиновую кислоту; фоточувствительный модификатор поверхности выбирают из группы, состоящей из азосоединений и хинолинов и бензофенонов (PVBP), предпочтительно винилбензофенона; термочувствительный модификатор поверхности выбирают из группы, состоящей из амфифильных полимеров с амидной связью, предпочтительно полиакриламида или поли-N-замещенного изопропилакриламида; чувствительный к рН модификатор поверхности выбирают из группы, состоящей из полимеров с карбоксильной группой и солью четвертичного аммония, предпочтительно полиакриловой кислоты, диметиламиноэтилового сложного эфира и диметиламинопропилметакрилата.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, сшивающий агент включает 3-(метакрилоилокси)пропилтриэтоксисилан, дивинилбензол, диизоцианат или N,N-метиленбисакриламид, и инициатор включает 3-хлорпропионовую кислоту, CuCl, 4,4'-динонил-2,2-бипиридин или персульфат калия.

Второй аспект изобретения представляет собой способ получения наночастицы, включающий стадии: a) получение ядра наночастицы с использованием магнитного вещества; и b) образование оболочки наночастиц посредством связывания in situ мономерного модификатора поверхности с ядром наночастицы посредством инициатора и/или сшивающего агента. Термин “in situ”, как он применяется в настоящем описании, означает, что модификатор поверхности непосредственно присоединяют к поверхности ядра наночастицы. Полученная в результате модифицированная наночастица имеет размер между 50 нм и 5000 нм, который варьирует в соответствии с различными условиями.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, ядро наночастицы составлено из Fe₃O₄, MnFe₂O₄, γ-Fe₂O₃ или других наноразмерных ферритовых частиц, и эти ферритовые частицы получают посредством следующих стадий:

растворения доли вещества, содержащего соль металла в воде;

подачи азота для вытеснения кислорода в растворе;

добавления катализатора при комнатной температуре, равной 20-30°C для регулирования pH до 8-12, предпочтительно 10;

поддержания перемешивания и взаимодействия в течение 20-40 минут; и

взаимодействия в условиях нагрева на водяной бане при 50-100°C, предпочтительно 70°C, в течение 20-40 минут, затем разделения с использованием магнита и сушки с получением магнитного ядра наночастицы.

В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения кислородсодержащая соль металла представляет собой FeCl₃⋅6H₂O и FeCl₂⋅4H₂O, которые растворяют в воде при молярном отношении от 15% до 85%, предпочтительно от 1:2,5 до 1,5:1, где катализатором является водный раствор аммиака. Наночастицы Fe₃O₄ могут быть получены посредством следующих вышеприведенных стадий.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, стадия b) включает диспергирование полученных наночастиц в водном растворе, добавление раствора 3-хлорпропионовой кислоты, полистирола, CuCl и 4,4'-динонил-2,2-бипиридина в ксилоле, при этом молярное отношение между раствором частиц железа и раствором реакции равно 1:1; взаимодействие смеси в течение 15-30 часов, предпочтительно 24 часов, при 130°C при непрерывном перемешивании; и сбор наночастиц с использованием магнита, повторную промывку толуолом с получением магнитных наночастиц из оксида железа, окруженных гидрофобным полистиролом.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, стадия b) включает растворение и диспергирование полученного в результате ядра наночастицы в ксилоле, добавление силанового связывающего агента, где силановый связывающий агент, наночастицы, ксилол и силановый связывающий агент добавляют при отношении, равном 95:5; взаимодействие в защитной атмосфере азота при 20-100°C, предпочтительно при 80°C, в течение 2-5 часов, предпочтительно в течение 3 часов; промывку спиртовым растворителем (предпочтительно абсолютным этанолом) и сушку в течение 12 часов, диспергирование в водном растворе в условиях воздействия ультразвука, добавление персульфата калия; взаимодействие в защитной атмосфере азота, при 40-80°C в течение 10 минут, добавление акриловой кислоты для продолжения реакции при 40-80°C в течение 1 часа, где температура реакции равна предпочтительно 70°C; и отделение с использованием магнита, промывку и сушку с получением гидрофильных наночастиц, модифицированных полиакриловой кислотой.

Согласно некторым вариантам осуществления настоящего изобретения, приведенная выше стадия b) включает: растворение и диспергирование наночастиц Fe₃O₄ в ксилоле и добавление силанового связывающего агента, где силановый связывающий агент (отношение наночастиц Fe₃O₄ и силанового связывающего агента при добавлении равно 95:5); взаимодействие в защитной атмосфере азота при 80°C в течение 2-5 часов, предпочтительно в течение 3 часов; промывку спиртовым растворителем (предпочтительно абсолютным этанолом) и сушку в течение 12 часов, диспергирование в водном растворе в условиях воздействия ультразвука, добавление персульфата калия; взаимодействие в защитной атмосфере азота при 40-80°C в течение 10 минут, добавление фоточувствительного мономера, такого как винилбензофенон, термочувствительного мономера, такого как N-изопропилакриламид, или чувствительного к рН мономера, такого как диметиламинопропилметакрилат, и т.д. (или смешанного мономера из акриловой кислоты и стирола), непрерывное взаимодействие в течение 1 часа при 40-80°C, предпочтительно при 70°C; и отделение с использованием магнита, промывку и сушку с получением магнитных наночастиц, модифицированных фоточувствительным, термочувствительным или функциональным чувствительным к рН мономером, соответственно.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, модификация фоточувствительным мономером, основанная на модификации гидрофильной поверхности включает: растворение и диспергирование магнитных наночастиц, модифицированных полиакриловой кислотой в спиртовом растворителе, диспергирование в течение 5-30 минут в условиях воздействия ультразвука, затем добавление инициатора и фоточувствительного мономера поливинилбензофенона, кипячение с обратным холодильником и взаимодействие при перемешивании и 130°C в течение 24 часов при условиях удержания кислорода для получения магнитных наночастиц, модифицированных фоточувствительным мономером.

В указанном выше варианте осуществления, когда водный раствор аммиака применяют в качестве катализатора для получения наночастиц, метод покапельного добавления водного раствора аммиака осуществляют непрерывным и покапельным способом с помощью электронного насоса при скорости 20-100 капель/минуту, предпочтительно 40-60 капель/минуту; и когда магнитное вещество представляет собой простое вещество, жидкий мономер добавляют покапельным и непрерывным способом с помощью электронного насоса, и реакцию проводят при перемешивании со скоростью 100-1000 оборотов/минуту, предпочтительно 500-700 оборотов/минуту.

Здесь следует отметить, что размер, распределение и морфология частицы (такие как форма сферы, цилиндра, ромба и т.д.) полученного ядра магнитной наночастицы могут относительно просто контролироваться методами синтеза и условиями получения, определенными выше авторами изобретения. Кроме того, магнитные наночастицы с модифицированной поверхностью, полученные описанным выше способом, имеют размер и распределение частиц, превосходящие эти характеристики для магнитных наночастиц, полученных традиционными способами получения. Как показано в следующей таблице, показатель диспергируемости (PD.I.) полученных наночастиц в основном близок к 1,0, что ясно показывает, что распределение частиц по размерам для полученных частиц является узким. Это является очень важным, поскольку для биомедицинских применений in vivo размер и дисперсность наночастиц определяют широту их медицинских применений. PD.I, приведенный в данном документе для описания диспергируемости наночастиц, определяют следующим образом:

PD.I.=<Rh²>/<Rh>²

где Rh представляет гидродинамический радиус частицы.

Ядро наночастицы и магнитная наночастица с модифицированной поверхностью имеет распределение PD.I., как показано в следующей таблице:

Магнитное ядро наночастицы После модификации поверхности Диаметр/нм 40-50 80-100 PD.I./у.е. 0,005 0,0055

Кроме того, как показано на Фиг.2, структура наночастиц, полученных в настоящем изобретении, является понятной.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предлагается устройство для удаления камней, которое может применяться в мочевыделительной системе и состоит из магнитной наночастицы в комбинации со стержневой системой с магнитным зондом для удаления камней. Устройство для удаления камней содержит вышеуказанные наночастицы настоящего изобретения и вспомогательную стержневую систему с магнитным зондом для удаления камней. Устройство для удаления камней может применяться для удаления камней в мочевыделительной системе, таких как камни в почке, камни в мочеточнике и камни в мочевом пузыре и т.д., а также удаления камней в желчевыделительной системе человека и камнеподобных частиц в других органах.

Конкретно, стержневая система с магнитным зондом для удаления камней содержит рукоятку, гибкий стержень, источник магнитного поля, секцию магнитопроницаемого вещества и т.д., в которой рукоятка может быть обеспечена вместе с источником электропитания переменного или постоянного тока, выключателем питания, отделением для батареи постоянного тока и вилкой переменного тока; гибкий стержень изготавливают из полимерного материала, включающего, например, PU, TPU, PE, PVC, NYLON, PEBAX и силоксановый каучук, и модифицированных материалов на основе указанных выше материалов, источник магнитного поля, изготовленный из постоянного магнита или электромагнита, может быть вставлен в гибкий стержень, и необязательно магнитопроницаемое вещество с высокой эффективностью соединяют с источником магнитного поля для образования гибкого стержня с зондом в различных конфигурациях, например, постоянный магнит помещают в середине или на заднем конце гибкого стержня, магнитопроницаемое вещество помещают на дистальном конце гибкого стержня, при этом такая конфигурация является более благоприятной для лечения камней в почках уретероскопом, чтобы избежать ситуации, при которой дистальный конец гибкого стержня становится жестким вследствие жесткой структуры постоянного магнита или электромагнита, чтобы, таким образом, такой стержень с магнитным зондом мог быть успешно введен в рабочий канал уретероскопа, и внедрен в верхнюю, среднюю и нижнюю почечные чашечки для выполнения операции по удалению камня при направлении уретероскопом.

В четвертом аспекте изобретения предлагается изделие, содержащее наночастицу настоящего изобретения, в котором наночастицу получают в форме раствора или порошка.

Изобретение обеспечивает новый способ получения для синтеза гидрофильных, гидрофобных, термочувствительных и чувствительных к рН, а также фоточувствительных магнитных наночастиц, который имеет преимущества, состоящие в простом процессе получения, хорошей воспроизводимости и удобном применении. Посредством гидрофобного взаимодействия между полученными гидрофобными наночастицами и камнями, взаимодействия с образованием химической связи между гидрофильными наночастицами и камнями, и полимеризации фоточувствительных наночастиц под действием освещения, камни окружаются; а термочувствительные и чувствительные к рН наночастицы могут окружать камни посредством физического окружающего действия в мочеточнике; таким образом, небольшой камень, оставшийся в организме, можно быстро удалить из организма без повреждений под действием внешнего магнитного поля, то есть камень можно вытягивать и двигать без повреждения стенки мочеточника, и наночастицы размещаются удобным образом без сдвига.

Настоящее изобретение дополнительно описано со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 показывает изображения, полученные на просвечивающем электронном микроскопе (TEM), и диаграммы распределения частиц по размерам в условиях динамического рассеяния света для ядер с различными морфологиями, полученных в Примере 1 настоящего изобретения.

Фиг. 2 показывает диаграмму распределения частиц по размерам в условиях динамического рассеяния света для наночастиц, модифицированных мономером, полученных в Примере 4 настоящего изобретения; и изображения TEM-наночастиц, модифицированных мономером, полученных в Примере 3 настоящего изобретения.

Фиг. 3 показывает кривые гистерезиса для ядер наночастиц, модифицированных мономером, с различными отношениями Fe³⁺/Fe²⁺ при синтезе наночастиц, полученных в Примере 3 настоящего изобретения.

Фиг. 4 показывает графики отделения камней для ядер наночастиц, модифицированных фоточувствительным мономером, полученных в Примере 4 настоящего изобретения, и графики эффективности отделения для ядер наночастиц, синтезированных при различных отношениях Fe³⁺/Fe²⁺ и модифицированных функциональным мономером.

Фиг. 5 показывает график биосовместимости с клетками 293t для функциональных магнитных наночастиц, полученных в Примере 4 настоящего изобретения.

Фиг. 6 показывает график отделения камня in vitro с помощью наночастиц, полученных в Примере 6 настоящего изобретения.

Фиг. 7 показывает график оценки безопасности в организме животных для наночастиц настоящего изобретения.

Фиг. 8 показывает общую схематическую диаграмму стержневой системы с магнитным зондом, способствующую удалению камней в настоящем изобретении.

Фиг. 9 показывает схематическое изображение рукояточной части стержневой системы с магнитным зондом, способствующей удалению камней в настоящем изобретении.

Фиг. 10 показывает схематическое изображение стержневой системы с магнитным зондом с источником питания переменного тока, способствующей удалению камней согласно настоящему изобретению.

Фиг. 11 показывает схематическое изображение внутренней структуры стержневой системы с магнитным зондом с использованием электромагнита в качестве источника магнитного поля согласно настоящему изобретению.

Фиг. 12 показывает схематическое изображение стержневой системы с магнитным зондом настоящего изобретения, в которой используют электромагнит в качестве источника магнитного поля, и секция магнитопроницаемого вещества находится на дистальном конце.

Фиг. 13 показывает схематическое изображение стержневой системы с магнитным зондом настоящего изобретения, в которой применяют постоянный магнит в качестве источника магнитного поля, и секция магнитопроницаемого вещества находится на дистальном конце.

Фиг. 14 показывает схематическое изображение стержневой системы с магнитным зондом настоящего изобретения, в которой применяют постоянный магнит в качестве источника магнитного поля и отсутствует секция магнитопроницаемого вещества на дистальном конце.

Фиг. 15 показывает схему принципа взаимодействия между магнитными частицами и камнями.

Фиг. 16 показывает схему перемешивания реакционной системы на стадиях 2-4) способа получения наночастиц настоящего изобретения, в котором применяют магнитную мешалку со скоростью 100-1000 оборотов/минуту, предпочтительно 500-700 оборотов/минуту.

Фиг. 17 показывает схему стадий 1-4) способа получения наночастиц согласно настоящему изобретению, в котором водный раствор аммиака и жидкий мономер добавляют по каплям непрерывно и равномерно электронным насосом со скоростью 20-100 капель/минуту, предпочтительно 40-60 капель/минуту.

Фиг. 18 показывает эффект способа добавления мономерного модификатора поверхности на диспергируемость частиц.

Фиг. 19 и Фиг. 20 показывают изображения TEM-частиц после непрерывного добавления и покапельного добавления.

Фиг. 21 показывает эффект массовой процентной доли оболочки наночастицы относительно наночастицы на диспергируемость наночастиц.

Конкретные модели для осуществления изобретения

Настоящее изобретение дополнительно иллюстрируется ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи и конкретные примеры. Следует понимать, что следующие примеры используются лишь для иллюстрации настоящего изобретения, а не для ограничения объема настоящего изобретения.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предоставлена магнитная наночастица с хорошей диспергируемостью, способная к безопасному и эффективному удалению камней в мочевыделительной системе. Настоящее изобретение предоставляет функциональную магнитную наночастицу, содержащую: гидрофильные, гидрофобные, фоточувствительные, термочувствительные, чувствительные к рН магнитные наночастицы, которые могут иметь сферическую, цилиндрическую и т.п. морфологию, структура которых может представлять собой структуру типа ядро-оболочка, состоящую из магнитного ядра и мономерного модификатора, такого как гидрофильный, гидрофобный, термочувствительный, чувствительный к рН или фоточувствительный модификатор поверхности, а также малого количества инициатора; в которой гидрофильный модификатор поверхности образует гидрофильную оболочку посредством полимеризации для окружения ядра магнитной наночастицы, включающую гидрофильные вещества с положительными зарядами, отрицательными зарядами и электронейтральными; гидрофобную модификацию поверхности проводят слаборастворимым в воде полимером или органическим веществом; другие функциональные вещества, такие как фоточувствительные, термочувствительные и чувствительные к рН мономерные модификаторы, могут быть полимеризованы посредством сшивающего агента и внедрены в гидрофобную оболочку, или эти мономерные модификаторы могут быть присоединены in situ и непосредственно к поверхности ядра посредством инициатора и/или сшивающего агента.

Среди различных видов восприимчивых магнитных наночастиц, таких как гидрофильные, гидрофобные, термочувствительные, чувствительные к рН и фоточувствительные магнитные наночастицы, вещества для синтеза ядра магнитных наночастиц содержат соединения Fe³⁺, Fe²⁺ и Mn²⁺, Ni²⁺, а также элементы металлов, таких как железо (Fe), никель (Ni), медь (Cu), кобальт (Co), платина (Pt), золото (Au), европий (Eu), гадолиний (Gd), диспрозий (Dy), тербий (Tb) или композиты и оксиды металлов, такие как Fe₃O₄ или MnFe₂O₄, предпочтительно, железа, марганца или их соединений; также предпочтительно, могут применяться любой один из них или любая комбинация двух или более из них; и ядро имеет размер 2-50 нм.

Способ получения ядра магнитной наночастицы включает методы соосаждения, эмульсионные методы, окислительно-восстановительные реакции или методы с использованием высоких температур и высоких давлений. Массовая процентная доля ядра магнитной наночастицы составляет от 30% до 95% относительно общей массы функциональной магнитной наночастицы, принимая синтез Fe₃O₄ в качестве примера, отношение Fe³⁺ к Fe²⁺ составляет от 15% до 85%, предпочтительно, от 1:2,5 до 1,5:1 для Fe³⁺ и Fe²⁺.

Поверхность магнитной наночастицы может подвергаться функциональной модификации, такой как гидрофильная модификация, гидрофобная модификация и модификация с использованием фоточувствительных, термочувствительных и чувствительных к рН веществ.

Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, предоставлена гидрофильно модифицированная функциональная частица, при этом размер ядра составляет 2-50 нм, магнитное наноядро имеет массу, составляющую 30-95% относительно целой наночастицы; гидрофильный модификатор поверхности представляет собой поликатионный или анионный полимер, такой как акриловая кислота, метакриловая кислота и изобутилакриламид и т.д., массовая процентная доля которого составляет 2-8% относительно всей гидрофобной магнитной наночастицы. Магнитное ядро частицы присоединяют к его поверхности с использованием инициатора, такого как 3-хлорпропионовая кислота или т.п., затем полимер на основе акриловой кислоты, метакриловой кислоты и изобутилакриламида или т.п. модифицируют на поверхности частицы с использованием сшивающего агента посредством химической реакции, такой как радикальная полимеризация, полимеризация с раскрытием кольца и радикальная полимеризация с переносом атомов (ATRP); форма частицы может быть сферической, цилиндрической и слоистой, предпочтительными являются сферические частицы. Сшивающий агент представляет собой 3-(метакрилоилокси)пропилтриэтоксисилан (MPS), дивинилбензол и диизоцианат или N,N-метиленбисакриламид (MBA) и т.п.

Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, предоставлена гидрофобно модифицированная функциональная частица, где ядро имеет размер, равный 2-50 нм, магнитное наноядро составляет 30-95% по массе относительно целой наночастицы; гидрофобный модификатор поверхности представляет собой нерастворимый в воде мономер, такой как олефины, например, полистирол и т.п., массовая процентная доля которых составляет 2-8% по массе относительно целой гидрофобной магнитной наночастицы. Магнитное ядро частицы присоединяют к его поверхности с использованием инициатора, такого как 3-хлорпропионовая кислота, а затем гидрофобный полимер на основе стиролов модифицируют на поверхности частицы сшивающим агентом посредством химической реакции, такой как радикальная полимеризация, полимеризация с раскрытием кольца и радикальная полимеризация с переносом атомов (ATRP); морфология частицы может быть сферической, цилиндрической и слоистой, предпочтительной является сферическая частица. Сшивающий агент представляет собой 3-(метакрилоилокси)пропилтриэтоксисилан (MPS), дивинилбензол и диизоцианат или N,N-метиленбисакриламид (MBA) и т.п.

Согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения, предоставлена фоточувствительная функциональная частица с модифицированной поверхностью, при этом ядро имеет размер, равный 2-50 нм, и магнитное ядро составляет 30-95% по массе относительно целой наночастицы; фоточувствительный модификатор выбирают из группы, состоящей из азосоединений и хинолинов, также бензофенонов (PVBP), и т.д., массовая процентная доля которых составляет 2-8% относительно целой гидрофобной магнитной наночастицы. Магнитное ядро частицы присоединяют к его поверхности с использованием инициатора, такого как 3-хлорпропионовая кислота, и затем фоточувствительный полимер на основе бензофенона (PVBP) и т.п. модифицируют на поверхности частицы сшивающим агентом посредством химической реакции, такой как радикальная полимеризация, полимеризация с раскрытием кольца и радикальная полимеризация с переносом атомов (ATRP); морфология частицы может быть сферической, цилиндрической и слоистой, предпочтительной является сферическая частица. Сшивающий агент представляет собой 3-(метакрилоилокси)пропилтриэтоксисилан (MPS), дивинилбензол и диизоцианат или N,N-метиленбисакриламид (MBA) и т.п.

Согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения, предоставлена термочувствительная функциональная частица с модифицированной поверхностью, в которой размер ядра составляет 2-50 нм, и магнитное наноядро составляет 30-95% по массе относительно целой наночастицы; термочувствительный модификатор поверхности выбирают из группы, состоящей из амфифильных полимеров с амидными связями, таких как полиакриламид, поли-N-замещенный изопропилакриламид, и т.д., массовая процентная доля которых составляет 2-8% относительно целой гидрофобной магнитной наночастицы. Магнитное ядро частицы присоединяют к его поверхности с использованием инициатора, такого как 3-хлорпропионовая кислота, и затем термочувствительный полимер, такой как поли-N-замещенный изопропилакриламид, модифицируют на поверхности частицы сшивающим агентом посредством химической реакции, такой как радикальная полимеризация, сборочная полимеризация с открытием кольца и радикальная полимеризация с переносом атомов (ATRP); форма частицы может быть сферической, цилиндрической и слоистой, предпочтительной является сферическая частица. Сшивающий агент представляет собой 3-(метакрилоилокси)пропилтриэтоксисилан (MPS), дивинилбензол и диизоцианат или N,N-метиленбисакриламид (MBA) и т.п.

Согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения, предоставлена чувствительная к рН функциональная частица с модифицированной поверхностью, где ядро имеет диаметр, равный от 2 до 50 нм, магнитное наноядро составляет от 30 до 95% по массе относительно целой наночастицы; чувствительный к рН модификатор поверхности выбирают из группы, состоящей из полимеров с карбоксильными группами и группами солей четвертичного аммония, таких как полиакриловая кислота, диметиламиноэтиловый сложный эфир и диметиламинопропилметакрилат и т.д., массовая процентная доля которых составляет 2-8% относительно целой гидрофобной магнитной наночастицы. Магнитное ядро частицы присоединяют к его поверхности с использованием инициатора, такого как 3-хлорпропионовая кислота, и затем чувствительный к рН полимер на основе диметиламиноэтилметакрилата и диметиламинопропилметакрилата или т.п. модифицируют на поверхности частицы сшивающим агентом посредством химической реакции, такой как радикальная полимеризация, полимеризация с раскрытием кольца и радикальная полимеризация с переносом атомов (ATRP); форма частицы может быть сферической, цилиндрической и слоистой, предпочтительной является сферическая частица. Сшивающий агент представляет собой 3-(метакрилоилокси)пропилтриэтоксисилан (MPS), дивинилбензол и диизоцианат или N,N-метиленбисакриламид (MBA) и т.п.

В указанные выше варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно включены инициатор и/или сшивающий агент. Инициатор включает термические инициаторы, например, персульфат калия, персульфат аммония и инициаторы азо-типа; сшивающий агент включает 3-(метакрилоилокси) пропилтриэтоксисилан (MPS), дивинилбензол и диизоцианат или N,N-метиленбисакриламид (MBA) с молекулярной массой 100000, и олеиновую кислоту и т.д.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предоставлен способ получения наночастицы. Способ получения в целом включает две основные стадии: синтез ядра магнитной наночастицы, и различные модификации поверхности на основе ядра магнитной наночастицы (гидрофильная, гидрофобная и термочувствительная, фоточувствительная и чувствительная к рН модификация). Принимая получение магнитных Fe₃O₄-наночастиц в качестве примера, две стадии способа получения соответственно описаны подробно.

1) Получение магнитного ядра наночастицы из Fe₃O₄

FeCl₃⋅6H₂O и FeCl₂⋅4H₂O при определенном молярном отношении (молярное отношение FeCl₃⋅6H₂O и FeCl₂⋅4H₂O составляет от 15% до 85%, предпочтительно от 1:2,5 до 1,5:1) растворяют в 100 мл воды, подают к ним газообразный азот для вытеснения кислорода из раствора, добавляют водный раствор аммиака при комнатной температуре, равной 20-30°C, для регулирования значения pH 8-12, предпочтительно 10, и поддерживают перемешивание и реакцию в течение 20-40 минут; затем на водяной бане с температурой 50-100°C, предпочтительно 70°C, реакцию проводят в течение 20-40 минут, и затем Fe₃O₄-наночастицы получают разделением с использованием магнита и сушкой. Существуют различные виды способов получения, такие как метод соосаждения, метод термического разложения, метод гидротермального синтеза, микроэмульсионный метод (метод обращенных мицелл) и т.п.

2) Модификация поверхности синтезированного Fe₃O₄-ядра наночастицы

2.1) Гидрофобная модификация поверхности синтезированного Fe₃O₄-ядра наночастицы

Fe₃O₄-ядро наночастицы, полученное на стадии 1), диспергируют в водном растворе, добавляют к нему инициатор, 3-хлорпропионовую кислоту, и предварительно обрабатывают в течение 12 часов, затем добавляют раствор гидрофобного модифицирующего поверхность мономера полистирола и активного инициатора CuCl и 4,4'-динонил-2,2-дипиридина (молярное отношение раствора частиц железа и раствора реакции равно 1:1) в ксилоле, и в смесевом растворе реакцию проводят при непрерывном перемешивании при 130°C в течение 15-30 часов, предпочтительно 24 часов; полученные в результате наночастицы собирают с использованием магнита и промывают повторно толуолом с получением магнитных наночастиц оксида железа, окруженных гидрофобным полистиролом.

В данном случае 3-хлорпропионовую кислоту используют в качестве инициатора, а CuCl и 4,4'-динонил-2,2-бипиридин используют как один другой инициатор. Дополнительно, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, время реакции предпочтительно составляет от 18 до 30 часов, предпочтительно 24 часов. Дополнительно, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, растворителем является толуол или ксилол в количестве от 1/2 до 1 объема мономера, массовое отношение магнитных наночастиц с модифицированной полистиролом поверхностью, инициатора и мономера составляет 95:0,5:4,5.

2.2) Гидрофильная модификация поверхности синтезированного Fe₃O₄-ядра наночастицы

Fe₃O₄-ядро наночастицы, полученное на описанной выше стадии 1), растворяют и диспергируют в ксилоле, к нему добавляют силановый связывающий агент (отношения добавления Fe₃O₄-наночастиц и силанового связывающего агента составляет 95:5), и реакцию проводят при 80°C в защитной атмосфере азота в течение 2-5 часов, предпочтительно 3 часов; затем промывают спиртовым растворителем (предпочтительно, абсолютным этанолом) и сушат в течение 12 ч, диспергируют в водном растворе в условиях воздействия ультразвука, добавляют персульфат калия; реакцию проводят в защитной атмосфере азота при 40-80°C в течение 10 минут, затем добавляют акриловую кислоту и реакцию проводят непрерывно при 40-80°C в течение 1 часа, предпочтительно, реакцию проводят при температуре реакции, равной 70°C; разделяют магнитом, промывают и сушат с получением модифицированных полиакриловой кислотой, гидрофильных магнитных наночастиц с модифицированной поверхностью.

В данном случае силановый связывающий агент представляет собой 3-(метакрилоилокси)пропилтриэтоксисилан (MPS), в количестве в 8-16 раз превышающем массу акриловой кислоты; растворителем является бензол или 2-толуол; персульфат калия применяют в качестве инициатора; время реакции предпочтительно составляет от 20 минут до 80 минут. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, массовое отношение магнитных Fe₃O₄-наночастиц с модифицированной поверхностью, персульфата калия и мономера акриловой кислоты составляет 25-100:1:100.

Дополнительно, спиртовым растворителем в данном случае является метанол, этанол или бутанол, предпочтительно этанол, температура реакции составляет предпочтительно от 100°C до 150°C, время реакции составляет предпочтительно от 18 часов до 24 часов, а массовое отношение магнитных наночастиц, модифицированных фоточувствительным мономером, сульфата калия и винилбензофенонового мономера составляет 25-100:1:100.

2.3) Функциональная модификация поверхности синтезированного Fe₃O₄-ядра наночастицы

Fe₃O₄-ядро наночастицы, полученное на описанной выше стадии 1), растворяют и диспергируют в ксилоле, к нему добавляют силановый связывающий агент (отношение добавления Fe₃O₄-наночастиц и силанового связывающего агента составляет 95:5), реакцию проводят в защитной атмосфере азота при 80°C в течение 2-5 часов, предпочтительно 3 часов, затем промывают спиртовым растворителем (предпочтительно абсолютным этанолом) и сушат в течение 12 часов, диспергируют в водном растворе в условиях воздействия ультразвука, добавляют персульфат калия; реакцию проводят в защитной атмосфере азота при 40-80°C в течение 10 минут, затем добавляют фоточувствительный мономер винилбензофенона, или термочувствительный мономер N-замещенного изопропилакриламида, или чувствительный к рН мономер диметиламиноэтилметакрилата, реакцию проводят при 40-80°C C в течение 1 часа, предпочтительно реакцию проводят при температуре реакции, равной 70°C; отделяют магнитом, промывают и сушат с получением магнитных наночастиц с фоточувствительной, термочувствительной или чувствительной к рН модификации поверхности, соответственно.

Дополнительно, функционально модифицированные наночастицы в этом случае могут также быть получены перекрестной реакцией для стадий 2.1 и 2.2) и стадии 3) после повторной модификации поверхности наночастицы на стадиях 2.1 и 2.2). А именно, после модификации 3-хлорпропионовой кислотой на стадии 2.1 (или модификации силановым связывающим агентом на стадии 2.2), гидрофобный мономер стирола (или гидрофильный мономер акриловой кислоты) и функциональный мономер, такой как винилбензофенон, N-замещенный изопропилакриламид или диметиламиноэтилметакрилат и т.п. добавляют в одно и то же время, и реакцию проводят при 40-80°C в течение 1 часа, предпочтительно реакцию проводят при температуре реакции, равной 70°C; отделяют магнитом, промывают и сушат с получением магнитных наночастиц с фоточувствительной, термочувствительной или чувствительной к рН модификацией поверхности. Со-реакция будет приводить к co-модифицированным функциональным наночастицам, соответствующим полистиролу (или полиакриловой кислоте) и функциональному мономеру.

В этом случае силановый связывающий агент представляет собой 3-(метакрилоилокси)пропилтриэтоксисилан (MPS), в количестве от 8 до 16 раз превышающем массу акриловой кислоты; растворителем является бензол или 2-толуол, в количестве от 8 до 16 раз превышающем массу акриловой кислоты; персульфат калия применяют в качестве инициатора; время реакции составляет предпочтительно от 20 минут до 80 минут. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, массовое отношение магнитных Fe₃O₄-наночастиц с модифицированной поверхностью, персульфата калия и мономера акриловой кислоты составляет 25-100:1:100.

Дополнительно, спиртовым растворителем в этом случае является метанол, этанол или бутанол, предпочтительно этанол, температура реакции составляет предпочтительно от 100°C до 150°C, и время реакции составляет предпочтительно от 18 часов до 24 часов. Массовое отношение магнитных наночастиц, модифицированных функциональным мономером, персульфата калия и функционального мономера составляет 25-100:1:100.

В способе получения нано-оксида железа (на стадии 1), Fe₃O₄-наночастицы представляют собой наноразмерные частицы оксида железа (II)-(III) (Fe₃O₄), MnFe₂O₄, наноразмерные частицы оксида железа (III) (γ-Fe₂O₃) или другие наноразмерные ферритовые частицы, водный раствор аммиака применяют в качестве катализатора, pH реакции предпочтительно составляет от 9 до 10, время реакции составляет предпочтительно от 20 до 30 минут, температура реакции находится между 50-100°C, предпочтительно 70-80°C, предпочтительное отношение Fe³⁺:Fe²⁺ составляет от 15% до 85%, предпочтительно от 1,5:1 до 1:2,5.

Дополнительно, в описанном выше способе получения наноразмерного оксида железа (т.е. стадия 1)), ядро наночастицы представляет собой наноразмерные частицы оксида железа (II)-(III) (Fe₃O₄). Специалисты в данной области смогут понять, что возможно также применять MnFe₂O₄, наноразмерные частицы оксида железа (III) (γ-Fe₂O₃) или другие наноразмерные ферритовые частицы. Водный раствор аммиака применяют в качестве катализатора, pH реакции предпочтительно составляет от 9 до 10, время реакции составляет предпочтительно 20-30 минут, температура реакции находится между 50-100°C, предпочтительно 70-80°C. Предпочтительное отношение Fe³⁺:Fe²⁺ равно от 15% до 85%, предпочтительно от 1:2,5 до 1,5:1.

Дополнительно, в указанных выше вариантах осуществления настоящего изобретения перемешивание в описанной выше системе реакции проводят магнитной мешалкой при скорости 100-1000 оборотов/минуту, предпочтительно 500-700 оборотов/минуту.

Дополнительно, в указанных выше вариантах осуществления настоящего изобретения водный раствор аммиака и жидкий мономер добавляют по каплям непрерывно и равномерно электронным насосом со скоростью 20-100 капель/минуту, предпочтительно 40-60 капель/минуту. Посредством применения электронного насоса для непрерывного и равномерного покапельного добавления можно легко достичь крупномасштабного производства, а диспергируемость и однородность наночастиц можно легко контролировать.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предоставлена стержневая система с магнитным зондом, чтобы способствовать удалению камней из мочевыделительной системы. Стержневая система с магнитным зондом содержит рукоятку 1, гибкий стержень 2, источник магнитного поля 3, и необязательную секцию магнитопроницаемого вещества 4 (в настоящем изобретении сторону рукоятки определяют как проксимальный конец инструмента, а конец источника магнитного поля определяют как дистальный конец). Когда электромагнит выбирают в качестве источника магнитного поля 3, выключатель 11 может быть встроен в рукоятку 1, а источник питания магнитного поля может быть выбран из батареи постоянного тока, и батарейный отсек 12a и крышку батарейного отсека 13a обеспечивают соответственно; когда питание переменным током выбирают в качестве источника питания магнитного поля, вилку переменного тока 12b обеспечивают на рукоятке, соответственно. Когда источником магнитного поля является электромагнит, источник магнитного поля 3 состоит из электромагнитного сердечника 32a и катушки соленоида 33a, и снаружи обеспечивают инкапсулирующую мембрану источника магнитного поля 31a, изготовленную из биосовместимого вещества; когда источником магнитного поля 3 является постоянный магнит, источник магнитного поля 3 состоит из постоянного магнита 32b и инкапсулирующей мембраны источника магнитного поля 31b на его поверхности; чтобы обеспечить применимость настоящего изобретения в организме человека, a секция магнитопроницаемого вещества 4 может быть необязательно расположена на дистальном конце источника магнитного поля 3, то есть когда электромагнит применяют в качестве источника магнитного поля, секция магнитопроницаемого вещества 4a может быть необязательно расположена на дистальном конце электромагнита 3a, и секция магнитопроницаемого вещества составлена из вещества 42a с высокой магнитопроницаемостью и инкапсулирующей мембраны магнитопроницаемого вещества 41a, в которой магнитопроницаемое вещество с высокой проницаемостью 42a может быть изготовлено из магнитопроницаемого вещества на основе железа, предпочтительно чистого железа, и инкапсулирующая мембрана магнитопроницаемого вещества 41a и инкапсулирующая мембрана источника магнитного поля 31a могут быть изготовлены из одинакового материала; когда постоянный магнит выбирают в качестве источника магнитного поля, секция магнитопроницаемого вещества 4b может также быть расположена на дистальном конце постоянного магнита 3b, составлена из вещества 42b с высокой проницаемостью и инкапсулирующей мембраны магнитопроницаемого вещества 41b, и инкапсулирующая мембрана магнитопроницаемого вещества 41b и инкапсулирующая мембрана источника магнитного поля 31b могут быть изготовлены из одинакового материала; когда нет необходимости располагать секцию магнитопроницаемого вещества на дистальном конце источника магнитного поля, система настоящего изобретения состоит из рукоятки 1, гибкого стержня 2 и источника магнитного поля 3; например, когда постоянный магнит выбирают в качестве источника магнитного поля, источник магнитного поля на дистальном конце может состоять из постоянного магнита 32c и расположенной снаружи инкапсулирующей мембраны источника магнитного поля 31c; в указанном выше варианте осуществления, гибкий стержень 2 может быть изготовлен из полимерного материала, такого как PU, TPU, PE, PVC, NYLON, PEBAX и силоксановый каучук, а также модифицированных материалов на основе приведенных выше материалов, и инкапсулирующие мембраны источника магнитного поля 31a, 31b и 31c, а также инкапсулирующие мембраны магнитопроницаемых веществ 41a и 41b все изготавливают из того же материала, что и гибкие стержни.

Дополнительно, настоящее изобретение предоставляет изделие, содержащее магнитную наночастицу, в котором магнитную наночастицу дополнительно обрабатывают для образования раствора для удаления камней (используя физраствор, буфер в качестве растворителя) или порошок для удаления камней, предпочтительно раствор для удаления камней, который применяют в качестве медицинского клинического изделия.

Главный принцип работы высокоэффективной системы для удаления камня из мочевыделительной системы, которая состоит из функциональной магнитной наночастицы и стержня с магнитным зондом, как показано, достигается посредством следующих стадий: 1) измельчение камней in vivo; 2) инъекция функциональных магнитных наночастиц, причем магнитные наночастицы имеют превосходную диспергируемость (диспергируемость и коэффициент дисперсии являются связанными, чем меньше коэффициент дисперсии, тем лучше диспергируемость); 3) взаимодействие между функциональными магнитными наночастицами и камнями; 4) окружение камней функциональными магнитными наночастицами (где окружение камней тесно связано с диспергируемостью магнитных частиц, чем лучше диспергируемость, тем лучше эффект окружения камней); 5) физическая или химическая сшивка магнитных наночастиц на поверхности камней; 6) удаление намагниченных камней под контролем внешнего магнитного поля (где эффект удаления камней под контролем тесно связан с эффектом окружения камней, чем лучше эффект окружения камней, тем лучше эффект удаления камней). Камни окружаются и намагничиваются магнитными наночастицами посредством физической адсорбции, химического связывания и т.п. Физическая адсорбция в основном относится к притяжению, создаваемому силами Ван-дер-Ваальса и гидрофобным взаимодействием в интервале действия между гидрофобными магнитными частицами и частицами и между частицами и камнями, таким образом, что на поверхности камней адсорбируются и ее окружают магнитные частицы; химическое связывание в основном относится к взаимодействию между гидрофильными магнитными наночастицами и частицами и между частицами и камнями, главным образом, через образование химических связей (химических связей, таких как водородные связи, ковалентные связи, и т.д., между карбоксилом на поверхности частиц и камнями), чтобы таким образом поверхность камней окружалась магнитными частицами; химическое связывание включает: функциональные магнитные наночастицы (такие как фоточувствительные, термочувствительные наночастицы и т.д.) сначала действует на камни через физическую адсорбцию, а затем дополнительное усиление взаимодействия между частицами и частицами и между частицами и камнями происходит посредством фоточувствительной сшивки, термочувствительного физического переплетения (сшивки) и т.п. для окружения камней. Принцип описанного выше взаимодействия показан на Фиг. 15. Дополнительно, во время процесса модификации наночастиц мономерным модификатором поверхности, способ покапельного добавления мономера для мономерного модификатора поверхности или массовая процентная доля оболочки, образованной мономерным модификатором поверхности, относительно наночастицы, имеют значительное влияние на диспергируемость, как показано на Фиг. 18-21.

Последующая часть описания представляет собой подробные примеры структуры, получения и применения магнитных наночастиц настоящего изобретения.

Пример 1: Получение магнитного ядра наночастицы

1. Получение Fe₃O₄ с размером 10 нм методом соосаждения

3,05 г FeCl₃,6H₂O и 2,08 г FeCl₂,4H₂O (молярное отношение 1:1) растворяли в 50 мл деионизированной воды в трехгорлой колбе. Газообразный азот применяли в течение всего эксперимента. Водный раствор аммиака добавляли по каплям с помощью шприца и интенсивно перемешивали при комнатной температуре для регуляции pH до 9, раствор постепенно менял окраску от желтой до коричневой и окончательно черной, и реакцию проводили в течение 20 минут. После реакции раствор помещали в водяную баню с температурой 70°C и инкубировали в течение 20 минут, интенсивно перемешивая, чтобы удалить избыточный аммиак. Трехгорлую колбу вынимали и давали ей охладиться до комнатной температуры при интенсивном перемешивании. Суспензию синтезированных магнитных частиц Fe₃O₄ выливали в центрифужную пробирку с объемом 50 мл, для притяжения магнитных частиц применяли мощный магнит, жидкие отходы отбрасывали, добавляли деионизированную воду, магнитные частицы ресуспендировали в условиях воздействия ультразвуком, чтобы таким образом вымыть избыточный аммиак, до нейтрального pH. Собранные магнитные частицы помещали в печь при 65°C для сушки и обезвоживания. Синтезированные магнитные частицы взвешивали, и 1,0 мл суспензии с 0,02 мг/мл магнитных частиц составляли для измерения размера частиц. Всего 1,5 мл 0,02M раствора олеата натрия добавляли по каплям к 1,0 мл суспензии с 0,2 мг/мл магнитных частиц, реакцию проводили при 70°C в атмосфере азота и при интенсивном перемешивании в течение 30 минут, а затем охлаждали до комнатной температуры. Избыточный олеат натрия удаляли диализом, используя 12 кДа мембрану для диализа. Таким образом, составляли 1,0 мл раствора инкапсулированного в олеате натрия Fe₃O₄ с 0,02 мг/мл, и в нем измеряли размер частиц.

1. Получение ядра магнитной наночастицы из Fe₃O₄

2.1 Метод термического разложения

2.1.1 Синтез затравочных зерен Fe₃O₄ с размером 4 нм:

5 ммоль триацетилацетоната железа, 5 ммоль 1,2-дигидроксигексадекана, 3 ммоль олеиновой кислоты, 1 ммоль олеиламина растворяли в 20 мл дифенилового эфира и с помощью магнитной мешалки перемешивали в атмосфере азота. Указанную выше смесь перемешивали при 200°C в течение 30 минут и затем нагревали при кипячении с обратным холодильником в течение 30 минут при 265°C в защитной атмосфере газообразного азота. Нагрев останавливали, и темно-коричневую жидкую смесь, полученную в результате реакции, охлаждали до комнатной температуры; в атмосферных условиях, добавляли 400 мл этанола, и полученное в результате вещество черного цвета отделяли посредством сверхскоростного центрифугирования. Продукт черного цвета, полученный центрифугированием, перерастворяли в н-гексане, содержащем 50 мкл олеиновой кислоты и 50 мкл олеиламина, центрифугировали при 600 об./мин в течение 10 минут для удаления нерастворимых остатков. Полученный в результате продукт Fe₃O₄ с размером частиц 4 нм осаждали этанолом, центрифугировали при 600 об./мин в течение 10 минут для удаления растворителя, а затем повторно диспергировали в н-гексане. Следующие различные методы применяли соответственно, чтобы синтезировать наночастицы с функционализированной поверхностью с различными размерами.

2.1.2 Синтез ядра наночастицы из Fe₃O₄ с размером 6 нм с использованием затравочных зерен Fe₃O₄ с размером 4 нм

20 ммоль триацетилацетоната железа, 10 ммоль 1,2-дигидроксигексадекана, 6 ммоль олеиновой кислоты и 6 ммоль олеиламина растворяли в 20 мл дифенилового эфира и с помощью магнитной мешалки перемешивали в атмосфере азота. Указанную выше смесь нагревали при 200°C в течение 2 часов, и затем нагревали при кипячении с обратным холодильником в течение 1 ч при 300°C в защитной атмосфере газообразного азота. Нагрев останавливали, и темно-коричневую жидкую смесь, полученную в результате реакции, охлаждали до комнатной температуры. Применяли указанные выше стадии операций для синтеза частиц Fe₃O₄ с размером 4 нм с получением черно-коричневой суспензии частиц Fe₃O₄ с размером 6 нм, диспергированных в н-гексане.

2.1.3 Синтез ядра наночастицы из Fe₃O₄ с размером 8 нм с использованием затравочных зерен Fe₃O₄ с размером 6 нм

2 ммоль триацетилацетоната железа, 10 ммоль 1,2-дигидроксигексадекана, 2 ммоль олеиновой кислоты и 2 ммоль олеиламина растворяли в 20 мл этилового эфира и с помощью магнитной мешалки перемешивали в защитной атмосфере азота. 84 мг частиц Fe₃O₄ с размером 6 нм взвешивали, растворяли в 4 мл н-гексана, а затем добавляли к указанной выше жидкой смеси. Указанную выше жидкую смесь сначала нагревали при 100°C в течение 30 минут для удаления н-гексана, затем нагревали при 200°C в течение 1 часа, и нагревали при кипячении с обратным холодильником при 300°C в течение 30 минут в защитной атмосфере азота. Нагрев останавливали, и жидкой смеси черного цвета, полученной в результате реакции, давали охладиться до комнатной температуры. Применяли указанные выше стадии синтеза для частиц Fe₃O₄ с размером 4 нм с получением темно-коричневой суспензии частиц Fe₃O₄ с размером 8 нм, диспергированных в н-гексане. Аналогично, 80 мг затравочных зерен Fe₃O₄ с размером 8 нм взаимодействовали с 2 ммоль триацетилацетоната железа и 10 ммоль 1,2-дигидроксигексадекана с получением наночастиц Fe₃O₄ с размером 10 нм. Применяя этот опосредованный затравкой Fe₃O₄ метод выращивания, могут быть синтезированы наночастицы Fe₃O₄ с более крупным размером (до 20 нм).

2.1.4. Модификация поверхности ядра наночастицы из Fe₃O₄

В атмосферных условиях 200 мкл растворителя н-гексана с 20 мг диспергированных гидрофобных ядер наночастиц из Fe₃O₄ добавляли к 2 мл суспензии дихлорметана, содержащей 20 мг тетраметиламмониевой соли 11-аминоундекановой кислоты. Смесь встряхивали в течение 20 минут, при этом применяли магнит для отделения осажденных наночастиц Fe₃O₄. Растворитель и немагнитное суспендированное вещество декантировали, полученный осадок промывали один раз дихлорметаном, и затем разделение с использованием магнита проводили снова для удаления избытка поверхностно-активного средства. Полученный в результате продукт сушили под газообразным азотом и затем диспергировали в деионизированной воде или PBS с нейтральным pH.

2.2 Метод гидротермального синтеза

1,35 г (5 ммоль) гексагидрата хлорида железа (FeCl₃·6H₂O) растворяли в 40 мл этиленгликоля с образованием чистого раствора. К указанному выше раствору добавляли 3,6 г ацетата натрия и 1,0 г полиэтиленгликоля, интенсивно перемешивали в течение 30 минут, а затем переносили в герметично закрываемый автоклав из нержавеющей стали объемом 50 мл, реакцию проводили при 200°C в течение 8-72 часов, а затем охлаждали до комнатной температуры. Продукт черного цвета, полученный в результате реакции, несколько раз промывали этанолом, а затем сушили при 60°C в течение 6 часов с получением ядра магнитной наночастицы, имеющего диаметр частицы, равный 10 нм или менее.

2.3 Микроэмульсионный метод (метод обращенных мицелл)

5 ммоль Mn(NO₃)₃ и 10 ммоль Fe(NO₃)₃ растворяли в 25 мл деионизированной воды с образованием чистого и прозрачного раствора; 25 мл 0,4 M NaDBS ([CH₃(CH₂)₁₁(C₆H₄)SO₃]Na) добавляли к указанному выше раствору ионов железа, и затем добавляли большой объем толуола, в котором размер частицы полученных в результате наночастиц MnFe₂O₄ зависел от объемного отношения воды и толуола. Например, чтобы получить наночастицы с размером 8 нм, объемное отношение воды и толуола должно составлять 5:100. Далее указанную выше жидкую смесь перемешивали в течение ночи, она становилась чистым однофазным раствором, содержащим обращенные мицеллы.

Чтобы образовать коллоиды в обращенных мицеллах, 40 мл 1 M раствора NaOH добавляли по каплям при интенсивном перемешивании, и перемешивание продолжали в течение 2 часов. Воду и большую часть толуола в растворе удаляли отгонкой, чтобы снизить объем раствора. Полученный в результате концентрированный раствор, содержащий суспендированные коллоиды, промывали водой и этанолом, чтобы удалить избыток поверхностно-активного вещества в растворе. Первичное ядро магнитной наночастицы получали ультрацентрифугированием, и нанокристалл получали нагревом при 350°C в атмосфере азота в течение 12 часов.

Пример 2: Модификация поверхности гидрофобным полистиролом

(Модификация ядра магнитных наночастиц (MnFe₂O₄), полученных в Примере 1)

Наночастицы MnFe₂O₄ со средним размером частиц, равным 9 нм, добавляли к водному раствору 3-хлорпропионовой кислоты с концентрацией, равной 1,0 моль/л инициатора, раствор доводили до pH 4 хлористоводородной кислотой и перемешивали в течение ночи. Наночастицы собирали с использованием магнита, промывали водой несколько раз для удаления избыточной 3-хлорпропионовой кислоты. 0,22 г высушенных наночастиц добавляли к 8 мл раствора полистирола при непрерывной подаче газообразного азота с последующим добавлением 4 мл раствора 0,3 ммоль CuCl и 1,1 ммоль 4,4'-динонил-2,2-дипиридина в ксилоле. В указанной выше смеси проводили реакцию при 130°C в течение 24 ч при непрерывном перемешивании. Наночастицы собирали с использованием магнита и промывали повторно толуолом с получением магнитных наночастиц оксида железа, окруженных полистиролом.

Пример 3: Модификация гидрофильной полиакриловой кислотой

1 г Fe₃O₄, полученного в Примере 1 (например, Fe₃O₄ с размером 10 нм, полученного методом соосаждения), и 5 мл силанового связывающего агента (метакрилоксипропилтриметоксисилана, KH570) смешивали с 50 мл ксилола в реакционной колбе. В защитной атмосфере азота реакцию проводили при перемешивании при 80°C в течение 3 часов. После реакции смесь центрифугировали и промывали этанолом три раза, чтобы удалить силановый связывающий агент, адсорбированный на поверхности Fe₃O₄, и сушили в вакууме в течение 12 часов. Указанный выше активированный силановым связывающим агентом Fe₃O₄, 40 мг персульфата калия и 30 мл деионизированной воды добавляли в колбу, реакцию проводили в защитной атмосфере азота и при перемешивании при 40°C в течение 10 минут. Затем 4 мл акриловой кислоты медленно добавляли по каплям в колбу и реакцию проводили в защитной атмосфере азота и при перемешивании при 40°C в течение 1 часа. Наночастицы отделяли в магнитном поле, промывали три раза деионизированной водой и окончательно сушили в вакууме.

Пример 4: Фоточувствительная функциональная модификация наночастиц

1. Синтез фоточувствительного функционального мономера

Метод синтеза фоточувствительного мономера с характеристиками фотосшивки включал: 4-винилбензофенон (4VBP) и стирольный мономер напрямую полимеризовали радикальной полимеризацией с переносом атомов (ATRP) с получением фоточувствительного полистирол-поливинилбензофенонового сополимера (PS-PVBP), где конкретные стадии были следующими: в сухой сосуд Шленка, соединенный с обратным холодильником, добавляли Cu(I)Br (0,695 мг, 4,8 мкмоль), 4VBP (1,0 г, 4,8 ммоль), стирол (2 мкл, 20 мкмоль) и 4-винилбензофенон (1 мкл, 4,8 мкмоль), и смесь дегазировали три раза посредством циркуляции с охлаждением-откачкой-нагреванием. Метилбромпропионат (5,35 мкл, 48 мкмоль) добавляли к указанной выше смеси при -78°C в атмосфере азота с положительным давлением, и смесь дегазировали повторно еще три раза посредством циркуляции с охлаждением-откачкой-нагреванием. Полимеризацию проводили нагревом смеси до температуры 85°C при отрицательном давлении, и обеспечивали протекание реакции в течение 4 часов. Указанный выше сосуд Шленка погружали в жидкий азот и добавляли 10 мл дихлорметана для растворения полимера. Полученный в результате раствор дважды осаждали метанолом (2 × 300 мл) с получением PS_x-PVBP_y в виде твердого вещества светло-желтого цвета, где x:y ~ (60%-90%), и предпочтительным составом был PS₇₅-PVBP₂₅. Таким же образом может быть получен PS₇₅-PVBP₂₅-PAA₁₀₀ при добавлении гидрофильного мономера акриловой кислоты.

2. Получение наночастиц, окруженными фоточувствительными сшитыми мицеллами

(Полистирол₇₅-co-поливинилбензофенон₂₅)-полиакриловая кислота₁₀₀, а именно (PS₇₅-co-PVBP₂₅)₁₁₅-b-PAA₁₀₀, был выбран в качестве полимера для образования мицелл в водном растворе. 5 мг (PS₇₅-co-PVBP₂₅)₁₁₅-b-PAA₁₀₀ и 10 мг Fe₃O₄, полученных в Примере 1 (например, Fe₃O₄ с размером 10 нм, полученного методом соосаждения), растворяли в 10 мл раствора диметилформамида (ДМФА); и затем постепенно добавляли бидистиллированную воду (0,1 мл/мин) при интенсивном перемешивании. Когда объем воды достигал 60%, полученный в результате раствор добавляли к мембране для диализа с границей отсечки по молекулярной массе задерживаемых компонентов, равной 12K-14K, и диализовали против воды в течение 24 часов для удаления ДМФА, и затем мицеллярный раствор переносили в кварцевую пробирку и облучали лазером в течение различных периодов времени (длина волны излучения: 315-400 нм) для образования наночастицы, окруженной фоточувствительным мономером.

Пример 5: Термочувствительная функциональная модификация наночастиц

1 г Fe₃O₄, полученного в Примере 1 (например, Fe₃O₄ с размером 10 нм, полученного методом соосаждения), и 5 мл силанового связывающего агента (метакрилоксипропилтриметоксисилана, KH570) смешивали с 50 мл ксилола в реакционной колбе. Реакцию проводили в защитной атмосфере азота при перемешивании при 80°C в течение 3 часов. После завершения реакции смесь центрифугировали и три раза промывали этанолом, чтобы удалить силановый связывающий агент, адсорбированный на поверхности Fe₃O₄, и сушили в вакууме в течение 12 часов. Вышеуказанный Fe₃O₄, активированный силановым связывающим агентом, 40 мг персульфата калия и 30 мл деионизированной воды добавляли в колбу, реакцию проводили в защитной атмосфере азота и с перемешиванием при 40°C в течение 10 минут. Затем 4 мл водного раствора N-изопропилакриламида медленно по каплям добавляли в колбу, и реакцию проводили в защитной атмосфере азота и с перемешиванием при 40°C в течение 1 часа. Наночастицы отделяли магнитом, промывали три раза деионизированной водой и окончательно сушили в вакууме.

Пример 6: Чувствительные к рН функциональные модификации наночастиц

1 г Fe₃O₄, полученного в Примере 1 (например, Fe₃O₄ с размером 10 нм, полученного методом соосаждения), и 5 мл силанового связывающего агента (метакрилоксипропилтриметоксисилана, KH570) смешивали с 50 мл ксилола в реакционной колбе, и реакцию проводили в защитной атмосфере азота и с перемешиванием при 80°C в течение 3 часов. После завершения реакции смесь центрифугировали и три раза промывали этанолом, чтобы удалить силановый связывающий агент адсорбированный на поверхности Fe₃O₄, и сушили в вакууме в течение 12 часов. Вышеуказанный Fe₃O₄, активированный силановым связывающим агентом, 40 мг персульфата калия и 30 мл деионизированной воды добавляли в колбу, реакцию проводили в защитной атмосфере азота и с перемешиванием при 40°C в течение 10 минут. Затем 4 мл водного раствора диметиламиноэтилметакрилата медленно добавляли в колбу по каплям, и реакцию проводили при 40°C в течение 1 часа при перемешивании и в защитной атмосфере азота. Наночастицы отделяли магнитом, промывали три раза деионизированной водой и окончательно сушили в вакууме.

Пример 7: Оценка биосовместимости

Выращивание клеток: Клетки 293t на логарифмической фазе роста обрабатывали, подсчитывали после центрифугирования и помещали в 96-луночный планшет при плотности клеток, равной 5,0×10⁴/лунку. В каждую лунку добавляли 100 мкл содержащей сыворотку среды. В каждую из окружающих холостых лунок добавляли 100 мкл содержащей сыворотку среды. Планшет помещали на ночь в инкубатор для клеток с 7% CO₂, 37°C. Гидрофильно модифицированные магнитные наночастицы Примера 3 в количестве 100 мкл на лунку добавляли в лунки с клетками и инкубировали вместе с клетками N87, где магнитные наночастицы, полученные в Примере 3, применяли в концентрациях, равных 0,1, 0,2, 0,4, 0,8, 1,0 мг/мл, соответственно. После инкубации при 37°C в течение 24 часов клетки осторожно дважды промывали культуральной средой, а затем измеряли жизнеспособность клеток, используя набор Kit-8 для подсчета клеток, для которого условия обнаружения были следующими: 10 мкл реагента CCK-8 на лунку, инкубация при 37°C в течение 2 часов, считывание значения поглощения при 450 нм с использованием автоматизированного считывающего устройства для микропланшетов BIO-TEK EL×800, и расчет жизнеспособности клеток. Результаты, показанные на Фиг. 5, указывают на то, что синтезированные гидрофильно модифицированные магнитные наночастицы имели хорошую биосовместимость и почти не имели никакой токсичности in vivo, и дают предварительное свидетельство применимости для экспериментов in vivo.

Пример 8: Оценка отделения камня in vitro с помощью наночастиц

Как показано на Фиг. 6, некоторое количество камней взвешивали, измельчали с помощью пестика в порошок (размер частиц 0,5-2 мм), высыпали в прозрачную стеклянную бутыль и добавляли раствор PBS с получением жидкости, содержащей камни. После однородного смешивания гидрофильно модифицированные магнитные частицы Примера 3 при концентрации 1 мг/мл применяли в качестве жидкости для разделения и добавляли, а затем осторожно встряхивали. После отстаивания в течение 5 минут разделение проводили с использованием магнита. Во время отстаивания наблюдали, что окраска смеси постепенно исчезала, и через 5 минут наблюдали, что черные магнитные частицы были адсорбированы на поверхности камня. Под действием магнитного поля камни вместе с магнитными частицами, адсорбированными на их поверхности, двигались в сторону магнита.

Пример 9: Оценка безопасности наночастиц у животных in vivo

Как показано на Фиг.7, одной 6-недельной голой крысе и 3 мышам были проведены внутрибрюшинная инъекция и инъекция в хвостовую вену, соответственно. Гидрофильно модифицированные магнитные наночастицы Примера 3 при концентрации 0,5 мг/мл и в количестве 200 мкл применяли для инъекции в течение последующих двух дней. Условия жизни мышей наблюдали периодически (таким образом, как один раз неделю, две недели и т.д.). Результаты показали, что после внутривенной инъекции 200 мкл раствора магнитных наночастиц никакой явной токсичности у голой крысы и мышей не было обнаружено в пределах 1 недели; а после 3 раз внутрибрюшинной инъекции раствора частиц при такой же концентрации было обнаружено, что крыса и мыши имели хороший статус выживаемости в пределах 3 месяцев. Этот результат показывает, что полученные магнитные наночастицы имели хорошую биосовместимость, и такая предварительная оценка показывает, что, в основном, они не обладают острой токсичностью и хронической токсичностью.

Пример 10: Применение магнитных наночастиц для удаления мочевых камней

При лечении почечнокаменной болезни, для литотрипсии применяли уретероскоп с использованием гольмиевого лазера. При операции, после процесса дробления камней в почках с использованием гольмиевого лазера, 200 мл раствора гидрофильных магнитных наночастиц Примера 3 согласно настоящему изобретению вводили инъекционно в почку через рабочий канал уретероскопа таким образом, что раствор гидрофильных магнитных наночастиц тщательно смешивался с осколками камней. Через приблизительно 3 минуты наночастицы в растворе полностью прилипали к поверхности осколков камней и намагничивали осколки камней. Вышеуказанную стержневую систему с магнитным зондом для удаления камней из мочевыделительной системы, в которой постоянный магнит NdFeB применяли в качестве источника 3 магнитного поля, вводили в почку через рабочий канал уретероскопа. Под действием магнитного поля от дистального конца стержневой системы с магнитным зондом, намагниченные осколки камней двигались ближе к дистальному концу стержня с магнитным зондом и притягивались к стержню с магнитным зондом. Окончательно стержневую систему с магнитным зондом, заполненную осколками камней по ее дистальному концу вместе с уретероскопом выводили из организма через мягкий катетер уретероскопа. После удаления осколков камней из дистального конца стержня с магнитным зондом стержень с магнитным зондом может быть снова введен в эндоскоп для проведения операции удаления камней, пока все осколки камней внутри почки не будут удалены из организма. В этом Примере камень имел диаметр, равный приблизительно 20 мм, и располагался в нижней почечной чашечке. При использовании стержневой системы с магнитным зондом в комбинации с материалом в виде гидрофильных магнитных наночастиц настоящего изобретения из организма были удалены все (100%) осколки камней. В сравнении с традиционным методом удаления камней корзинками и методом измельчения камней, а затем обеспечения вывода осколков камней пациентам, технические растворы настоящего изобретения позволяли достичь простого, эффективного и полного удаления камней, таким образом, значительно улучшая эффективность и безопасность операций по удалению камней.

Пример 11: Эффект способа покапельного добавления мономерного модификатора поверхности на диспергируемость магнитных наночастиц

1 г Fe₃O₄, полученного в Примере 1 (например, Fe₃O₄ с размером 10 нм, полученного методом соосаждения), 5 мл силанового связывающего агента (метакрилоксипропилтриметоксисилана, KH570) смешивали с 50 мл ксилола в реакционной колбе. Реакцию проводили в защитной атмосфере азота при перемешивании при 80°C в течение 3 часов. После завершения реакции смесь центрифугировали и промывали этанолом три раза, чтобы удалить силановый связывающий агент, адсорбированный на поверхности Fe₃O₄, и сушили в вакууме в течение 12 часов. Вышеуказанный Fe₃O₄, активированный силановым связывающим агентом, 40 мг персульфата калия и 30 мл деионизированной воды добавляли в колбу, перемешивали и реакцию проводили в защитной атмосфере при 40°С в течение 10 минут.

Чтобы сравнить влияние способа покапельного добавления мономерного модификатора поверхности (взяв акриловую кислоту в качестве представительного примера) на диспергируемость частиц у конечных магнитных наночастиц, проводили эксперименты, чтобы систематически сравнить группу покапельного добавления (ручное и постепенное покапельное добавление акриловой кислоты в качестве мономерного модификатора поверхности) и группу непрерывного добавления (электронного и непрерывного покапельного добавления акриловой кислоты в качестве мономерного модификатора поверхности). В группе покапельного добавления 4 мл акриловой кислоты для ручного и постепенного покапельного добавления добавляли в колбу постепенно (каждые 3 секунды) вручную, используя шприц для инъекций, и реакцию проводили в защитной атмосфере азота и с перемешиванием при 40°C в течение 1 часа. В группе непрерывного добавления 4 мл акриловой кислоты для электронного и непрерывного покапельного добавления добавляли в колбу по каплям и безостановочно электронным насосом при заданной скорости, и реакцию проводили в защитной атмосфере азота и перемешивании при 40°C в течение 1 часа. Окончательно наночастицы отделяли магнитом, промывали три раза деионизированной водой и окончательно сушили в вакууме.

Используя прибор German ALV-CGS3 для статического и динамического лазерного светорассеяния, измеряли коэффициент монодисперсности магнитных наночастиц, и конкретные экспериментальные результаты показаны на Фиг. 18. На Фиг. 18 можно видеть, что, в сравнении с коэффициентом монодисперсности (0,478 ± 0,075) магнитных наночастиц из группы покапельного добавления, коэффициент монодисперсности (0,0043 ± 0,0016) магнитных наночастиц из группы непрерывного добавления был значительно ниже, то есть магнитные наночастицы, полученные в группе непрерывного добавления, имеют лучшую диспергируемость.

Дополнительно, на Фиг. 19-20 можно видеть, что диспергируемость магнитных наночастиц из группы непрерывного добавления была лучшей, чем у магнитных наночастиц из группы покапельного добавления.

Пример 12: Эффект массовой процентной доли оболочки наночастиц относительно наночастиц на диспергируемость наночастиц

1 г Fe₃O₄ полученных в Примере 1 (например, Fe₃O₄ с размером 10 нм, полученного методом соосаждения) и 5 мл силанового связывающего агента (метакрилоксипропилтриметоксисилана, KH570) смешивали с 50 мл ксилола в реакционной колбе. Реакцию проводили в защитной атмосфере азота с перемешиванием при 80°C в течение 3 часов. После завершения реакции смесь центрифугировали и промывали этанолом три раза, чтобы удалить силановый связывающий агент, адсорбированный на поверхности Fe₃O₄, и сушили в вакууме в течение 12 часов. Вышеуказанный Fe₃O₄, активированный силановым связывающим агентом, 40 мг персульфата калия и 30 мл деионизированной воды добавляли в колбу, перемешивали и проводили реакцию при 40°C в течение 10 минут в защитной атмосфере азота.

Чтобы сравнить влияние массовой процентной доли оболочки, образованной мономером-модификатором поверхности (взяв акриловую кислоту в качестве представительного примера) на поверхности наночастиц на диспергируемость конечных частиц, диспергируемости наночастиц из следующих 6 групп систематически сравнивали: Группу 1 (массовая процентная доля оболочки составляет 0,5% относительно массы частиц), Группу 2 (массовая процентная доля оболочки составляет 1% относительно массы частиц), Группу 3 (массовая процентная доля оболочки составляет 2% относительно массы частиц), Группу 4 (массовая процентная доля оболочки составляет 15% относительно массы частиц), Группу 5 (массовая процентная доля оболочки составляет 40%, относительно массы частиц) и Группу 6 (массовая процентная доля оболочки составляет 45%, относительно массы частиц). В эксперименте водный раствор акриловой кислоты для каждой массовой процентной доли в Группах медленно по каплям добавляли в колбу, и реакцию проводили в защитной атмосфере азота и с перемешиванием при 40°C в течение 1 часа. Наночастицы отделяли магнитом, промывали три раза деионизированной водой и окончательно сушили в вакууме.

Коэффициент монодисперсности магнитных наночастиц измеряли на приборе German ALV-CGS3 для динамического и статического лазерного светорассеяния, и конкретные экспериментальные результаты были следующими: коэффициент монодисперсности наночастиц Группы 1 составлял 0,5 ± 0,04; коэффициент монодисперсности наночастиц Группы 2 составлял 0,026 ± 0,0026; коэффициент монодисперсности наночастиц Группы 3 составлял 0,036 ± 0,003; коэффициент монодисперсности наночастиц Группы 4 составлял 0,022 ± 0,002; коэффициент монодисперсности наночастиц Группы 5 составлял 0,031 ± 0,0028; коэффициент монодисперсности наночастиц Группы 6 составлял 0,58 ± 0,05.

Приведенные выше экспериментальные результаты показывают, что в сравнении с коэффициентами монодисперсности наночастиц в группах (Группы 1 и 6), где массовые процентные доли оболочки составляли 0,5% и 45% относительно наночастиц, соответственно, коэффициенты монодисперсности наночастиц в группах (Группы 2, 3, 4 и 5), где массовые процентные доли оболочки составляли 1%, 2%, 15% и 40% относительно наночастиц, были значительно ниже (см. Фиг. 21), то есть наночастицы из Групп 2, 3, 4 и 5 имеют лучшую диспергируемость.

Несмотря на то, что в настоящем документе были показаны и/или обсуждались многие варианты осуществления изобретения, не подразумевается, что изобретение ими ограничено. Предполагается, что объем настоящего изобретения будет таким же, как принято в данной области, и равнозначно оценен согласно описанию. Следовательно, приведенное выше описание не должно рассматриваться как ограничивающее, но лишь как иллюстративные примеры конкретных вариантов осуществления. Специалисты в данной области могут предвидеть другие вариации в пределах объема и сущности прилагаемой к настоящему описанию формулы изобретения.

Группа изобретений относится к области наночастиц и к способам их получения. Наночастица, пригодная для удаления камней, находящихся в мочевыделительной системе, содержит ядро наночастицы, изготовленное из магнитного вещества; и оболочку наночастицы, образованную посредством модификации in situ поверхности ядра наночастицы модификатором поверхности с использованием инициатора и/или сшивающего агента. При этом поверхность наночастицы после модификации и функционализации поверхности имеет амидную связь или карбоксильную группу, и массовая процентная доля оболочки составляет 0,5-45%, относительно массы наночастицы. Также раскрывается вариант наночастицы, способ получения наночастицы, состав, пригодный для удаления камней, а также применение наночастицы. Группа изобретений обеспечивает быстрое удаление камней из организма без повреждения стенки мочеточника под действием внешнего магнитного поля. 5 н. и 13 з.п. ф-лы, 12 пр., 21 ил.

1. Наночастица, пригодная для удаления камней, находящихся в мочевыделительной системе, содержащая:

ядро наночастицы, изготовленное из магнитного вещества; и

оболочку наночастицы, образованную посредством модификации in situ поверхности ядра наночастицы модификатором поверхности с использованием инициатора и/или сшивающего агента;

при этом поверхность наночастицы после модификации и функционализации поверхности имеет амидную связь или карбоксильную группу, и массовая процентная доля оболочки составляет 0,5-45%, относительно массы наночастицы.

2. Наночастица по п. 1, где массовая процентная доля оболочки составляет 1-40%, более предпочтительно 2-40%, еще более предпочтительно 1-15%, гораздо более предпочтительно 2-15%, наиболее предпочтительно 1%, 2%, 15% или 40%, относительно массы наночастицы.

3. Наночастица по п. 1, в которой ядро наночастицы имеет диаметр, равный 2-50 нм, и его массовая процентная доля равна 55-99,5% относительно полной массы наночастицы, и ее магнитное вещество включает соединение Fe³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺_, Ni²⁺, или элемент-металл, выбранный из железа, никеля, меди, кобальта, платины, золота, европия, гадолиния, диспрозия, тербия, или композит либо оксид вышеуказанных металлов, или любое одно из приведенных выше веществ или комбинацию из двух или нескольких приведенных выше веществ, предпочтительно соединения Fe³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, более предпочтительно, Fe³⁺ и Fe²⁺ при мольном отношении от 1:2,5 до 1,5:1.

4. Наночастица по любому из пп. 1-3, в которой модификатор поверхности включает гидрофильный модификатор поверхности, гидрофобный модификатор поверхности, фоточувствительный модификатор поверхности, термочувствительный модификатор поверхности или чувствительный к рН модификатор поверхности с функцией ответа, где гидрофильный модификатор поверхности включает акриловую кислоту, метакриловую кислоту, изобутилакриламид или поли-N-замещенный изопропилакриламид; гидрофобный модификатор поверхности включает олефины, предпочтительно, полистирол, полиэтилен или олеиновую кислоту; фоточувствительный модификатор поверхности выбирают из группы, состоящей из азосоединений и хинолинов и бензофенонов (PVBP), предпочтительно, винилбензофенона; термочувствительный модификатор поверхности выбирают из группы, состоящей из амфифильных полимеров с амидной связью, предпочтительно, полиакриламида или поли-N-замещенного изопропилакриламида; чувствительный к рН модификатор поверхности выбирают из группы, состоящей из полимеров с карбоксильной группой и солей четвертичного аммония, предпочтительно, полиакриловой кислоты, диметиламиноэтилового сложного эфира и диметиламинопропилметакрилата; частица имеет сферическую форму, форму цилиндра или ромбовидную форму.

5. Наночастица по любому из пп. 1-3, в которой сшивающий агент включает 3-(метакрилоилокси)пропилтриэтоксисилан, дивинилбензол, диизоцианат или N,N-метиленбисакриламид, и инициатор включает 3-хлорпропионовую кислоту, CuCl, 4,4'-динонил-2,2-бипиридин или персульфат калия.

6. Наночастица, пригодная для удаления камней, находящихся в мочевыделительной системе, содержащая:

ядро наночастицы, изготовленное из магнитного вещества; и

оболочку наночастицы, образованную посредством локальной модификации in situ поверхности ядра наночастицы модификатором поверхности с использованием инициатора и/или сшивающего агента;

при этом поверхность наночастицы после модификации и функционализации поверхности имеет амидную связь или карбоксильную группу, и метод получения магнитного ядра наночастицы представляет собой метод соосаждения, где режим добавления модификатора поверхности представляет собой непрерывное добавление по каплям с помощью электронного насоса.

7. Наночастица по п. 6, где ядро наночастицы имеет диаметр, равный 2-50 нм, и его массовая процентная доля равна 55-99,5% относительно полной массы наночастицы, и ее магнитное вещество включает соединение Fe³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, или элемент-металл, выбранный из железа, никеля, меди, кобальта, платины, золота, европия, гадолиния, диспрозия, тербия, или композит или оксид вышеуказанных металлов, или любое одно из приведенных выше веществ или комбинацию из двух или нескольких приведенных выше веществ, предпочтительно соединения Fe³+, Fe²⁺, Mn²+, Ni²⁺, более предпочтительно, Fe³⁺ и Fe²⁺ при молярном отношении, составляющем от 1:2,5 до 1,5:1.

8. Наночастица по п. 7, где силы взаимодействия для окружения и сшивки между наночастицами и камнем включают: силы Ван-дер-Ваальса, которые образуют взаимодействующее окружение, гидрофобное взаимодействие, адсорбцию и осаждение на поверхности; химические связи, образованные между карбоксилом и камнем, включающие водородные связи, сложноэфирные связи, амидные связи и другие ковалентные связи; взаимодействующие физические и химические переплетения между цепями и химическую сшивку между цепями.

9. Наночастица по любому из пп. 6-8, где модификатор поверхности включает гидрофильный модификатор поверхности с функцией ответа, гидрофобный модификатор поверхности с функцией ответа, фоточувствительный модификатор поверхности с функцией ответа, термочувствительный модификатор поверхности с функцией ответа или чувствительный к рН модификатор поверхности с функцией ответа, где гидрофильный модификатор поверхности включает акриловую кислоту, метакриловую кислоту, изобутилакриламид или поли-N-замещенный изопропилакриламид; гидрофобный модификатор поверхности включает олефины, предпочтительно полистирол, полиэтилен или олеиновую кислоту; фоточувствительный модификатор поверхности выбирают из группы, состоящей из азосоединений и хинолинов и бензофенонов (PVBP), предпочтительно винилбензофенона; термочувствительный модификатор поверхности, выбирают из группы, состоящей из амфифильных полимеров с амидной связью, предпочтительно полиакриламида или поли-N-замещенного изопропилакриламида; чувствительный к рН модификатор поверхности выбирают из группы, состоящей из полимеров с карбоксильной группой и солей четвертичного аммония, предпочтительно, полиакриловой кислоты, диметиламиноэтилового сложного эфира и диметиламинопропилметакрилата; оболочка составляет 0,5-45% по массе наночастицы, предпочтительно 1-40%, более предпочтительно 2-40%, еще более предпочтительно 1-15% или 2-15%, наиболее предпочтительно 1%, 2%, 15% или 40%; предпочтительно, частица имеет сферическую форму, форму цилиндра или ромбовидную форму.

10. Наночастица по любому одному из пп. 6-9, где сшивающий агент включает 3-(метакрилоилокси)пропилтриэтоксисилан, дивинилбензол, диизоцианат или N,N-метиленбисакриламид, и инициатор включает 3-хлорпропионовую кислоту, CuCl, 4,4'-динонил-2,2-бипиридин или персульфат калия.

11. Способ получения наночастицы по любому из пп. 1-10, включающий следующие стадии:

получение ядра наночастицы с использованием магнитного вещества;

образование облочки наночастиц посредством связывания in situ модификатора поверхности с ядром наночастицы при помощи инициатора и/или сшивающего агента, с образованием, таким образом, наночастицы.

12. Способ по п. 11, в котором магнитное вещество включает соединение Fe³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, или элемент-металл, выбранный из железа, никеля, меди, кобальта, платины, золота, европия, гадолиния, диспрозия, тербия, или композит либо оксид вышеуказанных металлов, или любое одно из приведенных выше веществ или комбинацию из двух или нескольких приведенных выше веществ, предпочтительно Fe₃O₄, MnFe₂O₄, γ-Fe₂O₃ или другие наноразмерные ферритовые частицы, более предпочтительно FeCl₃⋅6H₂O и FeCl₂⋅4H₂O при мольном отношении от 1:2,5 до 1,5:1, включающий следующие стадии:

растворение части указанного магнитного вещества в воде;

подача азота для вытеснения кислорода из раствора;

добавление катализатора, который представляет собой водный раствор аммиака, при комнатной температуре, составляющей 10-40°C, предпочтительно 30°C, для доведения pH до 7-12, предпочтительно 10;

поддержание перемешивания и взаимодействия в течение 10-60 минут; и

взаимодействие в условиях нагрева на водяной бане при температуре 40-100°C, предпочтительно, 70°C, в течение 20-40 минут, затем отделение с использованием магнита и сушка с получением ядра магнитной наночастицы.

13. Способ по п. 12, в котором осуществляют метод покапельного добавления водного раствора аммиака непрерывным и покапельным способом с помощью электронного насоса при скорости 20-100 капель/минуту, предпочтительно 40-60 капель/минуту; и, когда магнитное вещество представляет собой жидкое мономерное вещество, жидкий мономер добавляют покапельным и непрерывным способом с помощью электронного насоса, и реакцию проводят при перемешивании со скоростью 100-1000 об./мин, предпочтительно 500-700 об./мин.

14. Способ по любому из пп. 11-13, где указанный способ включает гидрофобную модификацию поверхности, на основе полученного ядра наночастицы, включающую стадии:

диспергирования полученного ядра наночастицы в деионизированной воде и добавления раствора 3-хлорпропионовой кислоты, полистирола, CuCl и 4,4'-динонил-2,2-бипиридина в ксилоле, где молярное соотношение между раствором ядра наночастицы и реакционным раствором составляет 1:1;

взаимодействия смеси при 130°C при непрерывном перемешивании в течение 15-30 часов, предпочтительно 24 часов; и

сбора наночастиц с использованием магнита, повторную промывку толуолом с получением магнитных наночастиц оксида железа, окруженных гидрофобным полистиролом.

15. Способ по любому из пп. 11-13, где указанный способ включает гидрофильную модификацию поверхности на основе полученного ядра наночастицы, включающую стадии:

диспергирования полученного ядра наночастицы в ксилоле и добавления силанового связывающего агента, где наночастицы, ксилол и силановый связывающий агент добавляют в соотношении, равном 95:5;

взаимодействия в защитной атмосфере азота при 20-100°C, предпочтительно при 80°C, в течение 2-5 часов, предпочтительно в течение 3 часов;

промывки спиртовым растворителем и сушки в течение 12 часов, диспергирования в деионизированной воде в условиях воздействия ультразвука, добавления персульфата калия;

взаимодействия в защитной атмосфере азота при 40-80°C в течение 10 минут, затем добавления акриловой кислоты для продолжения реакции при 40-80°C в течение 1 часа, предпочтительно при температуре реакции, равной 70°C; и

разделения в магнитном поле, промывки и сушки с получением гидрофильной наночастицы, модифицированной полиакриловой кислотой.

16. Способ по любому из пп. 11-13, при этом указанный способ включает проведение фоточувствительной, термочувствительной и чувствительной к рН модификации поверхности на основе полученного в результате ядра наночастицы или на его гидрофильной поверхности, или проведение гидрофильной, гидрофобной, светочувствительной, термочувствительной, чувствительной к рН co-модификации на основе ядра наночастицы, где повторная модификация на гидрофильной поверхности включает стадии:

растворения и диспергирования магнитной наночастицы, модифицированной полиакриловой кислотой в спиртовом растворителе, добавления фоточувствительного мономера, такого как винилбензофенон, термочувствительного мономера, такого как N-изопропилакриламид, или чувствительного к рН мономера, такого как диметиламинопропилметакрилат, или смеси мономеров из акриловой кислоты и стирола, непрерывного взаимодействия при 40-80°C в течение 1 часа, предпочтительно при температуре реакции 70°C; и разделения в магнитном поле, промывки и сушки с получением магнитной наночастицы, модифицированной фоточувствительным, термочувствительным или чувствительным к рН функциональным мономером.

17. Состав, пригодный для удаления камней, находящихся в мочевыделительной системе, который представляет собой раствор для удаления камней или порошок для удаления камней, где данный состав содержит наночастицу по любому из пп. 1-10.

18. Применение наночастицы по любому из пп. 1-10 в производстве состава по п. 17 для удаления камня in-vivo, где состав используется для удаления мочевого камня у человека или животного.