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空心氮摻雜碳球負載單原子釓造影劑的制備方法及應用
核磁共振造影是臨床中廣泛應用的一種非侵入式疾病診斷方法，具有空間分辨率高，深層組織和軟組織成像效果好，安全高效等優點。為了進一步提高核磁共振成像的對比度和靈敏度，基于釓元素的核磁共振造影劑被大量用于增強T1核磁共振成像效果。釓元素具有七個同向排布的未成對電子，可以有效減少被檢測組織中水質子的弛豫時間，具有顯著的核磁共振造影增強性能。超過三分之一的核磁共振造影使用商用釓金屬螯合物來增強成像效果。然而商用釓金屬螯合物是小分子物質，代謝速度快，體內滯留時間短，由于其在全身分布，無靶向性，腫瘤富集性弱。商用釓金屬螯合物在酸性環境下不穩定，還存在釓離子脫落的風險，而游離的釓離子會造成腎臟纖維化，這限制了釓螯合物造影劑在核磁共振增強成像中的應用和生物安全性。
本成果提供了一種空心氮摻雜碳球負載單原子釓造影劑的制備方法，該制備方法包括采用尺寸可控的納米級模板，將含氮有機化合物和釓離子進行負載，高溫煅燒后得到氮摻雜碳負載的單原子釓，后將模板刻蝕掉、并進行親水性聚合物的包覆，得到空心氮摻雜碳球負載單原子釓造影劑。
圖1.釓單原子材料的透射電鏡圖
涉及造影劑制備技術領域，本成果重點用于核磁成像造影劑，用于核磁成像。
磁共振成像（MRI）是一種強大的非侵入性診斷方法，用于多種生物醫學成像模式中的疾病評估，尤其是用于腫瘤的早期檢測和準確定位。為了克服MRI 的低靈敏度，醫生們利用造影劑，如釓(Gd)螯合物，通過增加體內水分子的自旋弛豫率來增強臨床成像對比度。然而，由于小分子Gd 螯合物的非特異性分布和快速清除，它們在癌癥診斷中面臨著靈敏度不足和缺乏選擇性的挑戰。
潛在市場規模：考慮到我國人口數量位居世界第一，人口老齡化速度加快，且臨床檢查需求持續增長，未來我國將是全球MRI設備最大的市場之一。
核心競爭力：與傳統小分子Gd螯合物和納米材料相比，本成果產品具有更高的弛豫性，同時由于Gd泄漏率低，其具有更高的生物相容性和安全性。相比于Gd螯合物，其具有更高的腫瘤靶向性；相比于納米氧化釓，其具有更高的釓原子利用效率。
運用潛在效益：與傳統造影劑相比，造影能力提高近四倍，Gd離子泄露毒性降低近七成。
推廣社會價值：本項目實現了高性能高安全的Gd造影劑制備，針對我國人口基數大，老齡化速度加快，及核磁成像臨床需求持續增長的現狀，具有重要意義。
圖2.釓單原子材料與商用Gd-DTPA的腫瘤賀詞工程成像效果對比圖
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