ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАГНИТНОГО ВЕЩЕСТВА ПРИ УДАЛЕНИИ КАМНЕЙ
USE OF MAGNETIC SUBSTANCE DURING REMOVAL OF STONES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к использованию магнитного вещества при удалении камней, наночастицам, способу их получения, содержит устройство, содержащее наночастицы для удаления камней.
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/ригидная 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/ригидная 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 вместе 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 инструменты 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 посредством этого осложнения в тяжелых случаях.
Кроме того, в CN105283140A описан 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 взятие 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 трудного удаления при традиционной мягкой/ригидной уретроскопической литотрипсии. Следовательно, первая цель настоящего изобретения заключается в предоставлении использования магнитного вещества при удалении камней; вторая цель настоящего изобретения заключается в предоставлении магнитного вещества, способного к безопасному и эффективному удалению мочевых конкрементов, локализованных в почке, мочеточнике и т.д., при этом магнитное вещество представляет собой магнитное нановещество; третья цель настоящего изобретения заключается в предоставлении способа получения магнитного вещества с различными морфологическими структурами, при этом магнитное вещество представляет собой магнитное нановещество; четвертая цель настоящего изобретения заключается в предоставлении использования магнитного вещества в комбинации со сделанной на заказ стержневой системой с магнитным зондом при хирургических вмешательствах по удалению мочевого конкремента, при этом магнитное вещество представляет собой магнитное нановещество; пятая цель настоящего изобретения заключается в предоставлении использования магнитного вещества в производстве изделия для удаления камня из мочевыделительной системы, при этом магнитное вещество представляет собой магнитное нановещество.
Первый аспект настоящего изобретения предоставляет решение 1, то есть использование магнитного вещества при удалении камней, при этом магнитное вещество намагничивает камни посредством физической адсорбции, химического связывания и тому подобное, и удаляет камни за счет действия бесконтактного магнитного поля.
2. Применение в соответствии с вариантом осуществления 1, при этом магнитное вещество включает следующие компоненты: препарат, содержащий магнитный металлический элемент или его соединение; и вещества, способные связываться с солью кальция.
3. Применение в соответствии с вариантом осуществления 2, при этом препарат, содержащий магнитный металлический элемент или его соединение, и вещества, способные связываться с солью кальция, образуют структуру, которая может представлять собой плакированную структуру или структуру ядро-оболочка, например вещества, полностью или частично наносят на поверхность препарата; или образуют модифицированную структуру, в которой материалы связаны с поверхностью препарата путем абсорбции; или образуют сложную структуру, в которой препарат и материалы образуют физическую смесь; или образуют составную структуру вышеупомянутых структур.
4. Применение в соответствии с вариантом осуществления 2, при этом препарат, содержащий магнитный металлический элемент или его соединение, представлен в наномасштабе или в микромасштабе.
5. Применение в соответствии с вариантом осуществления 2, при этом вещества, способные связываться с солью кальция, представляют собой поверхностно-активное вещество или полимерные соединения.
6. Применение в соответствии с вариантом осуществления 2, при этом вещества, способные связываться с солью кальция, представляют собой макромолекулярные соединения.
7. Применение в соответствии с вариантом осуществления 1, при этом магнитное вещество включает карбоксил, амидо, амино, меркапто, гидроксил, карбонил, эфирную группу, аминогруппу, сложноэфирную группу, карбаматную группу, карбамидо или четвертичную аминогруппу, сульфокислотную группу, сульфгидрильную группу, фосфиновую группу или их сопряженную пару кислота-основание, эпоксигруппу, хлорную группу, сульфатную группу, фосфиновую кислоту, сульфиновую кислоту, карбоксильную ангидридную группу, гидросилильную группу, аминогруппу и фрагмент любой их комбинации, альдегидную группу, ненасыщенную двойную связь, группу фосфорной кислоты, галогенную группу, N-сукцинимидо, малеимидо, этилендиаминтриуксусную кислоту, полиэтиленгликоль, полиаминокислоту или гликан, предпочтительно карбоксил, амидо, меркапто, карбаматную группу, карбамидо, группу сульфоновой кислоты, фосфориновую сопряженную кислоту, фосфиновую основную группу, сульфатную группу, фосфиновую кислоту, сульфиновую кислоту, N-сукцинимидо, малеимидо, полиаминокислоту.
8. Применение в соответствии с вариантом осуществления 1, при этом магнитное вещество имеет форму планки, линии, полосы, листа, трубки, граната, куба, трехмерного цветка, лепестка, каштана, четырехконечной звезды, челнока, рисового зерна, морского ежа, шара на цепи, регбийного мяча, вереницы шариков, снежинки, эллипсоида, сферы, правильного четырехгранника, правильного шестигранника, правильного восьмигранника, квазисферы, попкорна, креста, ленты, стержня, конуса, диска, ребра, паутины, простого куба, объемно-центрированного куба, гранецентрированного куба, простого четырехугольника, объёмно-центрированного четырехугольника, простого прямоугольника, объемно-центрированного прямоугольника, прямоугольника с одной центрированной гранью, с множеством слоев, пластины, предпочтительно форму сферы, квазисферы, граната, каштана, морского ежа, шара на цепи, вереницы шариков.
9. Применение в соответствии с вариантом осуществления 1, при этом магнитное вещество включает магнитную текучую среду, магнитную липосому, магнитную микрокапсулу, магнитную микросферу, магнитную эмульсию, магнитную наночастицу, магнитную нанотрубку, магнитную нанонить, магнитное наностержень, магнитные наноленты, предпочтительно магнитную текучую среду, магнитную липосому, магнитное микросферу, магнитную нанотрубку.
10. Применение в соответствии с вариантом осуществления 9, при этом магнитная липосома включает магнитную липосому, поверхность которой модифицирована, чтобы нести функциональную группу, как описано в варианте осуществления 7.
11. Применение в соответствии с вариантом осуществления 9, при этом тип магнитной липосомы включает однослойную, многослойную, мультивезикулярную, а способ получения магнитной липосомы включает предпочтительно метод пленочного диспергирования и ультразвуковой метод диспергирования.
12. Применение в соответствии с вариантом осуществления 9, при этом магнитная текучая среда представляет собой стабильную суспензионную жидкость, состоящую из магнитных частиц, жидкость-носитель (минеральное масло, силиконовое масло и т.д.) и поверхностно-активное вещество, магнитные частицы, частицы, которые могут быть использованы для удаления камней, представляют собой магнитные наночастицы, поверхность которых модифицирована функциональной группой в соответствии с вариантом осуществления 7, а также содержит поверхностно-активное вещество с функциональной группой, как описано в варианте осуществления 7.
13. Применение в соответствии с вариантом осуществления 9, при этом способ получения магнитной текучей среды включает химический метод соосаждения, метод золь-гель, метод гидротермального синтеза, микроэмульсионный метод, метод межфазного переноса, предпочтительно метод соосаждения, метод золь-гель, метод гидротермального синтеза.
14. Применение в соответствии с вариантом осуществления 9, при этом магнитная микросфера характеризуется поверхностью, модифицированной функциональной группой, как описано в варианте осуществления 7.
15. Применение в соответствии с вариантом осуществления 9, при этом способ получения магнитной микросферы включает способ испарения эмульсии, метод замены растворителя и метод высаливания.
16. Применение в соответствии с вариантом осуществления 1, при этом магнитная нанотрубка включает магнитную нанотрубку, в которой магнитное вещество заполняет трубку, а также магнитную нанотрубку, в которой магнитное вещество покрывает наружную трубку, поверхность которой имеет функциональную группу, описанную в варианте осуществления 7, и функциональная группа может быть получена из магнитного вещества, покрывающего поверхность, или из самой нанотрубки.
17. Применение в соответствии с вариантом осуществления 1, при этом способ получения магнитной нанотрубки включает метод химического осаждения из паровой фазы, метод соосаждения, метод пиролиза погружением, метод неэлектролитной металлизации и метод самосборки, и предпочтительным методом является метод соосаждения.
18. Применение в соответствии с вариантом осуществления 1, магнитная наночастица имеет модифицированную поверхность или покрыта функциональной группой, как описано в варианте осуществления 7.
19. Применение в соответствии с вариантом осуществления 1, при этом магнитное вещество составляет ядро наночастицы; и ядро наночастицы локально модифицировано мономерным модификатором поверхности посредством использования инициатора и/или сшивающего агента для образования оболочки наночастицы.
3+
2+
2+
2+
3+
2+
2+
2+
3+
2+
20. Применение в соответствии с вариантом осуществления 19, при этом ядро наночастицы имеет диаметр 2-50 нм, и массовую процентную долю, составляющую 30-95% относительно массы целой наночастицы, и его магнитное вещество содержит соединение Fe,Fe, Mn или Ni, или металлический элемент выбирают из железа, никеля, меди, кобальта, платины, золота, европия, гадолиния, диспрозия, тербия, или из композита или оксида вышеперечисленных металлов, или любого из вышеуказанных элементов или комбинации двух или более из вышеуказанных элементов, предпочтительно соединение Fe,Fe, Mn или Ni, более предпочтительно Fe и Fe при отношении, равном 15% до 85%, предпочтительно от 1:2,5 до 1,5:1.
21. Применение в соответствии с вариантом осуществления 19, при этом силы взаимодействия между наночастицами и камнем для связывания и окружения включают силы Ван-дер-Ваальса, гидрофобное взаимодействие, адсорбцию и осаждение на поверхности, которые образуют взаимодействующее окружение; химическая связь, образованная между карбоксилом и камнем, включающая водородную связь, сложноэфирную связь, амидную связь и другую ковалентную связь; физическое и химическое межцепные переплетения между цепями и химическую сшивку между цепями.
22. Применение в соответствии с любым одним из вариантов осуществления 19-22, при этом модификатор поверхности содержит 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 этиленбензофенон; 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 соли четвертичного аммония, предпочтительно полиакриловая кислота, диметиламиноэтиловый сложный эфир и диметиламинопропилметакрилат; массовая процентная доля оболочки составляет 2-40% от массы наночастицы, предпочтительно частица имеет форму сферы, штанги или ромба.
23. Применение в соответствии с любым одним из вариантов осуществления 19-22, при этом сшивающий агент включает 3-(метакрилоилокси)пропилтриэтоксисилан, дивинилбензол, диизоцианат или N,N-метиленбисакриламид, а инициатор включает 3-хлорпропионовую кислоту, CuCl, 4,4'-динонил-2,2-бипиридин или персульфат калия.
24. Применение в соответствии с любым одним из вариантов осуществления 19-22, при этом способ получения наночастицы включает стадии:
a) получения ядра наночастицы с использованием магнитного вещества;
b) образования наночастицы посредством локального связывания мономерного модификатора поверхности с ядром наночастицы с помощью инициатора и/или сшивающего агента для образования оболочки наночастицы.
3+
2+
2+
2+
3
4
2
4
2
3
3
2
2
2
25. Применение в соответствии с вариантом осуществления 24, при этом магнитное вещество содержит соединение Fe, Fe, Mn или Ni, или металлический элемент выбирают из железа, никеля, меди, кобальта, платины, золота, европия, гадолиния, диспрозия, тербия, или из композита или оксида вышеперечисленных металлов, или любого из вышеуказанных элементов или комбинации двух или более из вышеуказанных элементов, предпочтительно FeO, MnFeO, γ-FeO или других наноразмерных ферритовых частиц, более предпочтительно FeCl⋅6HO и FeCl⋅4HO при молярном отношении от 15% до 85%, предпочтительно от 1:2,5 до 1,5:1, и его 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 10-40°C, предпочтительно 30°C для доведения pH до 7-12, предпочтительно 10;
поддержания перемешивания в течение 10-60 минут; и
взаимодействия в условиях водяной бани 40-100°C, предпочтительно 70°C, в течение 20-40 минут, затем разделения с использованием магнита и сушки с получением магнитного ядра наночастицы.
26. Применение в соответствии с вариантом осуществления 25, при этом, когда водный раствор аммиака применяют в качестве катализатора для получения наночастицы, при этом способ добавления водного раствора аммиака состоит в способе непрерывного покапельного добавления 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 по каплям непрерывным образом с помощью электронного насоса, и перемешивание во время реакции происходит со скоростью 100-1000 оборотов/минуту, предпочтительно 500-700 оборотов/минуту.
27. Применение в соответствии с любым одним из вариантов осуществления 24-27, при этом указанное использование дополнительно включает проведение гидрофобной модификации поверхности полученного ядра наночастицы, включая стадии:
диспергирования полученного ядра наночастицы в водном растворе и добавления раствора 3-хлорпропионовой кислоты, полистирола, CuCl и 4,4'-динонил-2,2-бипиридина в ксилоле, и молярное отношение между указанным выше ядром наночастицы и раствором реакции равно 1:1;
взаимодействия указанной выше смеси при 130°C при непрерывном перемешивании в течение 15-30 ч, предпочтительно в течение 24 часов; и
сбора наночастиц с использованием магнита и повторной промывки толуолом с получением гидрофобной покрытой полистиролом магнитной наночастицы.
28. Применение в соответствии с любым одним из вариантов осуществления 24-27, при этом указанное использование дополнительно включает проведение гидрофильной модификации поверхности полученного ядра наночастицы, включающее стадии:
диспергирования ядра наночастицы в ксилоле и добавления силанового связывающего агента, при этом соотношение добавленных наночастиц, ксилола и силанового связывающего агента составляет 95:5;
взаимодействия в защитной атмосфере азота при температуре 20-100°C, предпочтительно 80°C в течение 2-5 часов, предпочтительно 3 часов;
промывки спиртовым растворителем и сушки в течение 12 ч, диспергирования в водном растворе в условиях воздействия ультразвука, добавления персульфата калия;
взаимодействия в защитной атмосфере азота при 40-80°C в течение 10 минут, затем добавления акриловой кислоты и непрерывного взаимодействия при 40-80°C в течение 1 часа, предпочтительно взаимодействия при 70°C; и
разделения магнитом, промывки и сушки для подготовки и получения модифицированной полиакриловой кислотой гидрофильной наночастицы.
29. Применение в соответствии с любым одним из вариантов осуществления 24-27, при этом указанное использование дополнительно 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 магнитных наночастиц, модифицированных полиакриловой кислотой, в спиртовом растворителе, добавление фоточувствительного мономера, такого как этиленбензофенон, термочувствительного мономера, такого как N-изопропилакриламид, или чувствительного к рН мономера, такого как диметиламинопропилметакрилат, или смесевого мономера из акриловой кислоты и стирола, поддержания взаимодействия при 40-80°C в течение 1 ч, предпочтительно при температуре реакции, равной 70°C; и разделения с использованием магнита, промывки и сушки с получением магнитных наночастиц, модифицированных фоточувствительным, термочувствительным или чувствительным к рН функциональным мономером, соответственно.
30. Применение в соответствии с вариантом осуществления 1, при этом конкремент включает камни мочевыделительной системы, такие как камни в почках, камни в мочеточниках и камни в мочевом пузыре, камни желчевыводящей системы и камнеподобные частицы в других органах человека.
31. Применение в соответствии с вариантом осуществления 1, при этом взаимодействия между магнитного веществом и камнем включают ионные связи, силы Ван-дер-Ваальса, которые образуют взаимодействующее окружение, гидрофобные взаимодействия, адсорбцию и осаждение на поверхности; химические связи между карбоксилом и камнем, включая водородные связи, сложноэфирные связи, амидные связи и другие ковалентные связи; физическое и химическое межцепные переплетения между цепями и химическую сшивку между цепями.
A второй аспект настоящего изобретения предоставляет наночастицу, содержащую ядро наночастицы, состоящее из магнитного вещества; и оболочку наночастицы, образованную посредством присоединения мономерного модификатора поверхности к ядру наночастицы с использованием инициатора и/или сшивающего агента.
Согласно нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения, наночастицы окружают камень посредством физической адсорбции, химического связывания, а также фоточувствительной сшивки, термочувствительной сшивки 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, гидрофобные взаимодействия, адсорбцию и осаждение на поверхности; ковалентные связи, образованные между карбоксилом и камнем, включающие водородные связи, сложноэфирные связи, амидные связи, и другие ковалентные связи; физическое переплетение и химическую сшивку между цепями.
3+
2+
2+
2+
3+
2+
2+
2+
3+
2+
Согласно нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения, ядро наночастицы имеет диаметр 2-50 нм, и массовую процентную долю, составляющую 30-95% относительно массы целой наночастицы, и магнитное вещество/, образующее ядро, содержит соединение Fe,Fe, Mn или Ni, или металлический элемент выбирают из железа, никеля, меди, кобальта, платины, золота, европия, гадолиния, диспрозия, тербия, или из композита или оксида вышеперечисленных металлов, или любого из вышеуказанных элементов или комбинации двух или более из вышеуказанных элементов, предпочтительно один или комбинация двух или более из Fe,Fe, Mn или Ni, более предпочтительно Fe и Fe при отношении, равном 15% до 85%, предпочтительно от 1:2,5 до 1,5:1. Следует заметить, что способ получения наночастиц, используемый в настоящем изобретении, может хорошо контролировать размер ядра магнитной наночастицы, особенно по сравнению с наночастицами, полученными другими способами, в ряду параметров наночастиц, полученных в настоящем изобретении, диспергируемость наночастиц в отношении к биомедицинскому применению является очень хорошей и составляет менее 1.1.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, модификатор поверхности содержит 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 этиленбензофенон; термочувствительный модификатор поверхности выбирают из амфифильные полимеры с амидной связью, предпочтительно полиакриламид или поли-N-замещенный изопропилакриламид; чувствительный к рН модификатор поверхности выбирают из группы, состоящей из полимеров с карбоксильной группой и соли четвертичного аммония, предпочтительно полиакриловая кислота, диметиламиноэтиловый сложный эфир и диметиламинопропилметакрилат.
Согласно нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения, сшивающий агент включает 3-(метакрилоилокси)пропилтриэтоксисилан, дивинилбензол, диизоцианат или N,N-метиленбисамид, а инициатор включает 3-хлорпропионовую кислоту, CuCl, 4,4'-динонил-2,2-бипиридин или персульфат калия.
Третий аспект изобретения предоставляет способ получения наночастицы, включающий стадии: a) получения ядра наночастицы с использованием магнитного вещества; и b) образования оболочки наночастицы посредством локального связывания мономерного модификатора поверхности с ядром наночастицы с помощью инициатора и/или сшивающего агента для образования оболочки наночастицы. Как применяют в настоящем описании, «локальное» означает, что модификатор поверхности присоединяют непосредственно к поверхности ядра наночастицы. Полученная в результате модифицированная наночастица имеет размер между 50 нм и 5000 нм, который варьирует в соответствии с различными условиями.
3
4
2
4
2
3
Согласно нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения, ядро наночастицы состоит из FeO, MnFeO, γ-FeO 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 доведения pH до 8-12, предпочтительно 10;
поддержания перемешивания и взаимодействия в течение 20-40 минут; и
взаимодействия в условиях водяной бани 50-100°C, предпочтительно 70°C, в течение 20-40 минут, затем разделения с использованием магнита и сушки с получением магнитного ядра наночастицы.
3
2
2
2
3
4
В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения кислородсодержащая соль металла представляет собой FeCl⋅6HO и FeCl⋅4HO, которые растворяют в воде при молярном отношении от 15% до 85%, предпочтительно от 1:2,5 до 1,5:1, при этом катализатором является аммиак. Наночастицы FeO могут быть получены посредством следующих вышеприведенных стадий.
Согласно нескольким 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 нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения, стадия b) включает растворение и диспергирование полученного в результате ядра наночастицы в ксилоле, добавление силанового связывающего агента, при этом 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, 40-80°C в течение 10 минут, добавление акриловой кислоты для продолжения реакции при 40-80°C в течение 1 часа, при этом температура реакции равна предпочтительно 70°C; и разделение с использованием магнита, промывку и сушку с получением гидрофильных наночастиц, модифицированных полиакриловой кислотой.
3
4
Согласно нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения, приведенная выше стадия b включает: растворение и диспергирование наночастиц FeO в ксилоле и добавление силанового связывающего агента, при этом силановый связывающий агент (соотношение 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 разделение 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 методом непрерывного покапельного добавления 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 методом непрерывного покапельного добавления 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 (например, форма сферы, цилиндра, ромба, и т.д.) полученного ядра магнитной наночастицы можно относительно просто контролировать 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 очень важно, поскольку для биомедицинского применения in vivo, размер и дисперсность наночастиц определяют широту их медицинского применения. PD.I, приведенный в данном документе для описания диспергируемости наночастиц, определяют следующим образом:
2
2
PD.I.=<Rh>/<Rh>,
при этом Rh представляет гидродинамический радиус частицы.
Ядро наночастицы и с модифицированной поверхностью магнитная наночастица имеют 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.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предоставлено 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 снабжена 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 посредством уретероскопа, чтобы избежать ситуации, при которой дистальный конец гибкого стержня становится ригидным вследствие ригидной 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 пятом аспекте изобретения предоставлено применение наночастицы настоящего изобретения при производстве изделия, в котором в котором наночастицу получают в форме раствора или порошка.
Изобретение предоставляет 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 между гидрофильными наночастицами и камнями, и полимеризации фоточувствительных наночастиц под действием освещения, происходит окружение камней; 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.
3+
2+
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 Fe/Fe 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 демонстрирует схематичный вид рукоятки стержневой системы с магнитным зондом для содействия удалению камней в настоящем изобретении.
Фиг.10 демонстрирует схематичный вид стержневой системы с магнитным зондом с источником питания переменного тока для содействия удалению камней согласно настоящему изобретению.
Фиг.11 демонстрирует схематичный вид внутренней конструкции стержневой системы с магнитным зондом с использованием электромагнита в качестве источника магнитного поля согласно настоящему изобретению.
Фиг.12 демонстрирует схематичный вид стержневой системы с магнитным зондом настоящего изобретения, в котором используется электромагнит в качестве источника магнитного поля и секция магнитопроницаемого материала на дистальном конце.
Фиг.13 демонстрирует схематичный вид стержневой системы с магнитным зондом настоящего изобретения, в котором в качестве источника магнитного поля используется постоянный магнит, и секция магнитопроницаемого материала на дистальном конце.
Фиг.14 демонстрирует схематичный вид стержневой системы с магнитным зондом настоящего изобретения, в котором в качестве источника магнитного поля используется постоянный магнит, и отсутствует секция магнитопроницаемого материала на дистальном конце.
Фиг.15 демонстрирует изображение принципа взаимодействия между магнитными частицами и камнями.
Фиг.16 демонстрирует схему перемешивания реакционной системы на стадиях 2-4) способа получения наночастиц настоящего изобретения, в котором используется магнитная мешалка при скорости 100-1000 оборотов/минуту, предпочтительно 500-700 оборотов/минуту.
Фиг.17 демонстрирует схему стадий 1-4) способа получения наночастиц согласно настоящему изобретению, в котором водный раствор аммиака и жидкий мономер добавляют по каплям непрерывно и равномерно с помощью электронного насоса со скоростью 20-100 капель/минуту, предпочтительно 40-60 капель/минуту.
Фиг.18 демонстрирует изображение сравнения проведения удаления камня для различных способов.
Фиг.19 демонстрирует изображение проведения удаления камня in vivo для двух имитирующих ситуаций.
КОНКРЕТНЫЕ МОДЕЛИ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи и конкретные примеры. Необходимо понимать, что следующие примеры использованы только для иллюстрации настоящего изобретения, а не для ограничения объема правовых притязаний настоящего изобретения.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предоставлено использование магнитного вещества для удаления камней, и дополнительно использования магнитного наноматериала для удаления камней. В то же время настоящее изобретение предоставляет магнитное нановещество, способное к безопасному и эффективному удалению камней в мочевыделительной системе, при этом магнитное нановещество представляет собой функциональную магнитную наночастицу, содержащую, например, 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 модификаторы 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 неорганическим 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 локально и непосредственно присоединены к поверхности ядра посредством инициатора и/или сшивающего агента.
3+
2+
2+
2+
3
4
2
4
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 Fe, Fe и Mn, Ni, 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 FeO или MnFeO, 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.
3
4
3+
2+
3+
2+
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 FeO в качестве примера, отношение Fe к Fe составляет от 15% до 85%, предпочтительно, от 1:2,5 до 1,5:1 для Fe и Fe.
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.
3
4
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 FeO-наночастиц в качестве примера, две стадии способа получения соответственно описаны подробно.
3
4
1) Получение магнитного ядра наночастицы из FeO
3
2
2
2
3
2
2
2
3
4
FeCl⋅6HO и FeCl⋅4HO при определенном молярном отношении (молярное отношение FeCl⋅6HO и FeCl⋅4HO 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 FeO-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.
3
4
2) Модификация поверхности синтезированного FeO-ядра наночастицы
3
4
2.1) Гидрофобная модификация поверхности синтезированного FeO-ядра наночастицы
3
4
FeO-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.
3
4
2.2) Гидрофильная модификация поверхности синтезированного FeO-ядра наночастицы
3
4
3
4
FeO-ядро наночастицы, полученное на описанной выше стадии 1), растворяют и диспергируют в ксилоле, к нему добавляют силановый связывающий агент (отношения добавления FeO-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.
3
4
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 FeO-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.
3
4
2.3) Функциональная модификация поверхности синтезированного FeO-ядра наночастицы
3
4
3
4
FeO-ядро наночастицы, полученное на описанной выше стадии 1), растворяют и диспергируют в ксилоле, к нему добавляют силановый связывающий агент (отношение добавления FeO-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 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.
3
4
В данном 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 FeO-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.
3
4
3
4
2
4
2
3
3+
2+
В способе получения нано-оксида железа (на стадии 1) FeO-наночастицы представляют собой наноразмерные частицы оксида железа (II)-(III) (FeO), MnFeO, наноразмерные частицы оксида железа (III) (γ-FeO) 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 Fe:Fe составляет от 15% до 85%, предпочтительно от 1,5:1 до 1:2,5.
3
4
2
4
2
3
3+
2+
Дополнительно, в описанном выше способе получения наноразмерного оксида железа (т.е. стадия 1)), ядро наночастицы представляет собой наноразмерные частицы оксида железа (II)-(III) (FeO). Специалисты в данной области смогут понять, что возможно также применять MnFeO, наноразмерные частицы оксида железа (III) (γ-FeO) 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 Fe:Fe 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 для помощи в удалении камней из мочевыделительной системы. Стержневая система с магнитным зондом содержит рукоятку 1, гибкий стержень 2, источник 3 магнитного поля, и секцию магнитопроницаемого вещества 4 (в настоящем изобретении сторону рукоятки определяют как проксимальный конец инструмента, а конец источника магнитного поля определяют как дистальный конец). Когда в качестве источника 3 магнитного поля выбирают электромагнит, выключатель 11 может быть встроен в рукоятку 1, а источник питания магнитного поля может быть выбран из батареи постоянного тока, и соответственно предоставляют батарейный отсек 12a и крышка 13a батарейного отсека; когда в качестве источника питания магнитного поля выбирают питание переменным током, соответственно, на рукоятке обеспечивают вилку 12b переменного тока. Когда источником магнитного поля является электромагнит, источник 3 магнитного поля состоит из электромагнитного сердечника 32a и катушки 33a соленоида, и снаружи обеспечивают инкапсулирующую мембрану 31a источника магнитного поля, изготовленную из биосовместимого вещества; когда источником 3 магнитного поля является постоянный магнит, источник 3 магнитного поля состоит из постоянного магнита 32b и инкапсулирующей мембраны 31b источника магнитного поля на его поверхности; чтобы обеспечить применимость настоящего изобретения в организме человека, на дистальном конце источника 3 магнитного поля может быть необязательно расположена секция 4 магнитопроницаемого вещества, то есть когда в качестве источника магнитного поля применяют электромагнит, секция 4а магнитопроницаемого вещества может быть необязательно расположена на дистальном конце электромагнита 3a, и секция магнитопроницаемого вещества составлена из вещества 42a с высокой магнитопроницаемостью и инкапсулирующей мембраны 41a магнитопроницаемого вещества, в которой магнитопроницаемое вещество 42a с высокой проницаемостью может быть изготовлено из магнитопроницаемого вещества на основе железа, предпочтительно чистого железа, и инкапсулирующая мембрана 41a магнитопроницаемого вещества и инкапсулирующая мембрана 31a источника магнитного поля могут быть изготовлены из одинакового материала; когда в качестве источника магнитного поля выбирают постоянный магнит, секция 4b магнитопроницаемого вещества может также быть расположена на дистальном конце постоянного магнита 3b, составлена из вещества 42b с высокой проницаемостью и инкапсулирующей мембраны 41b магнитопроницаемого вещества, и инкапсулирующая мембрана 41b магнитопроницаемого вещества и инкапсулирующая мембрана 31b источника магнитного поля 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 в качестве источника магнитного поля выбирают постоянный магнит, источник магнитного поля на дистальном конце может состоять из постоянного магнита 32c и расположенной снаружи инкапсулирующей мембраны 31c источника магнитного поля; 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 31a, 31b и 31c источника магнитного поля, а также инкапсулирующие мембраны 41a и 41b магнитопроницаемых веществ все изготавливают из того же материала, что и гибкие стержни.
Дополнительно, настоящее изобретение предоставляет изделие, содержащее магнитную наночастицу, при этом магнитную наночастицу дополнительно обрабатывают для образования раствора для удаления камней (используя физиологический раствор, буфер в качестве растворителя) или порошка для удаления камней, предпочтительно раствора 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; 5) физическая или химическая сшивка магнитных наночастиц на поверхности камней; 6) удаление намагниченных камней под контролем внешнего магнитного поля. В том числе, происходит окружение камней 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:
Последующая часть описания представляет собой подробные примеры структуры, получения и применения магнитных наночастиц настоящего изобретения.
Пример 1: Получение ядра магнитной наночастицы
3
4
Получение FeOсразмером 10 нм методом соосаждения
3
2
2
2
3
4
3
4
3,05 г FeCl⋅6HO и 2,08 г FeCl⋅4HO (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 FeO 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 из 1,0 мл суспензии с 0,02 мг/мл магнитных частиц готовили образец для измерения размера частиц. К 1,0 мл суспензии с 0,2 мг/мл магнитных частиц добавляли по каплям всего 1,5 мл 0,02 M раствора олеата натрия, 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, готовили образец 1,0 мл раствора инкапсулированного в олеате натрия FeO с 0,02 мг/мл, и в нем измеряли размер частиц.
3
4
Получение ядра магнитной наночастицы из FeO
2.1 Метод термического разложения
3
4
2.1.1 Синтез затравочных зерен FeOс размером 4 нм:
3
4
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, повторно растворяли 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 FeO 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.
3
4
3
4
2.1.2 Синтез ядра наночастицы из FeOс размером 6 нм с использованием затравочных зерен FeO с размером 4 нм
3
4
3
4
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 FeO с размером 4 нм с получением черно-коричневой суспензии частиц FeO с размером 6 нм, диспергированных в н-гексане.
3
4
3
4
2.1.3 Синтез ядра наночастицы из FeOс размером 8 нм с использованием затравочных зерен FeO с размером 6 нм
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
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 FeO 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 FeOс размером4 нм с получением темно-коричневой суспензии частиц FeO с размером 8 нм, диспергированных в н-гексане. Аналогично, 80 мг затравочных зерен FeO с размером 8 нм взаимодействовали с 2 ммоль триацетилацетоната железа и 10 ммоль 1,2-дигидроксигексадекана с получением наночастиц FeOс размером 10 нм. Применяя этот опосредованный затравкой FeO метод выращивания, могут быть синтезированы наночастицы FeO с более крупным размером (до 20 нм).
3
4
2.1.4. Модификация поверхности ядра наночастицы из FeO
3
4
3
4
В атмосферных условиях 200 мкл растворителя н-гексана с 20 мг диспергированных гидрофобных ядер наночастиц из FeO 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 FeO. 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
3
2
1,35 г (5 ммоль) гексагидрата хлорида железа (FeCl·6HO) 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)
3
3
3
3
3
2
11
6
4
3
2
4
5 ммоль Mn(NO) и 10 ммоль Fe(NO) растворяли в 25 мл деионизированной воды с образованием чистого и прозрачного раствора; 25 мл 0,4 M NaDBS ([CH(CH)(CH)SO]Na) добавляли к указанному выше раствору ионов железа, и затем добавляли большой объем толуола, в котором размер частицы полученных в результате наночастиц MnFeO 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
2
4
(Модификация ядра магнитных наночастиц (MnFeO), полученных в Примере 1)
2
4
Наночастицы MnFeO 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
3
4
3
4
3
4
3
4
1 г FeO, полученного в Примере 1 (например, FeO 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 FeO, и сушили в вакууме в течение 12 часов. Указанный выше активированный силановым связывающим агентом FeO, 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
x
y
75
25
75
25
100
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-PVBP в виде твердого вещества светло-желтого цвета, где x:y ~ (60%-90%), и предпочтительным составом был PS-PVBP. Таким же образом может быть получен PS-PVBP-PAAпри добавлении гидрофильного мономера акриловой кислоты.
2. Получение наночастиц, окруженными фоточувствительными сшитыми мицеллами
75
25
100
75
25
115
100
75
25
115
100
3
4
3
4
(Полистирол-co-поливинилбензофенон)-полиакриловая кислота, а именно (PS-co-PVBP)-b-PAA, была выбрана в качестве полимера для образования мицелл в водном растворе. 5 мг (PS-co-PVBP)-b-PAAи 10 мг FeO, полученных в Примере 1 (например, FeO 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
3
4
3
4
3
4
3
4
1 г FeO, полученного в Примере 1 (например, FeO 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 FeO, и сушили в вакууме в течение 12 часов. Вышеуказанный FeO, 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
3
4
3
4
3
4
3
4
1 г FeO, полученного в Примере 1 (например, FeO 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 FeO, и сушили в вакууме в течение 12 часов. Вышеуказанный FeO, 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
4
2
Выращивание клеток: Клетки 293t на логарифмической фазе роста обрабатывали, подсчитывали после центрифугирования и помещали в 96-луночный планшет при плотности клеток, равной 5,0×10/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% CO, 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 интродьюсер 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 операции по удалению камней.
Пример 11: Сравнение различных способов извлечения камней
Стадия 1. Синтез магнитных частиц
Из левой горловины трехгорлой колбы добавляли растворы двухвалентного железа и трехвалентного железа, общий объем которых составлял 200 мл. Левую горловину закрывали стеклянной пробкой, правую горловину закрывали газообразным азотом, а настройка скорости механической мешалки составляла 500, с синхронизацией 30 минут. Через 30 минут шприцом по каплям добавляли водный раствор аммиака для доведения pH до 10,0; и снова с синхронизацией 30 минут; готовили водяную баню при 80°C и на водяную баню переносили трехгорлую колбу, и реакция продолжалась в течение 30 минут. Спустя 30 минут инструмент выключали и обеспечивали охлаждение до комнатной температуры. После промывания деионизированной водой два раза, ацетоном один раз, продукт помещали в печь для сушки.
Стадия 2. Скрининг
После высушивания продукт измельчали и скринировали на сетчатых решетках на три класса магнитных частиц: d≤0,048 мм, 0,048 мм≤d≤0,106 мм, d≥0,106мм.
Стадия 3. Модификация поверхности магнитных частиц
В трехгорлую колбу, в которую поместили магнитный ротор, добавляли 150 мг магнитных частиц. Когда температура масляной бани повышалась до 80 градусов Цельсия, добавляли 15 мл раствора ксилола, немедленно подавали газообразный азот и герметизировали, регулируя скорость вращения. Через 10 минут добавляли 1,5 мл силана, с синхронизацией в течение 6 часов, и подсоединяли блок с азотом; спустя 6 часов, трехгорлую колбу удаляли, ксилол сливали, продукт два раза промывали этанолом, каждый раз по 10 минут, по 20 мл для каждой дозы, а затем два раза промывали dd водой. Получали 15 мл деионизированной воды, магнитные частицы переносили в бутылку, в течение 20 минут подавали газообразный азот, доведя скорость вращения до 3, а температуру масляной бани до 70°C. 20 мг персульфата калия, растворенного в растворе при комнатной температуре, непрерывно пропуская газообразный азот в течение 10 минут. По каплям добавляли 1,5 мл акриловой кислоты, наблюдали реакцию во флаконе; регулируя скорость вращения и останавливая реакцию спустя 20 минут. Продукт два раза промывали раствором гидроксида натрия, переносили в химический стакан, а затем два раза промывали деионизированной водой; ресуспендировали в воде.
С целью сравнения осуществления удаления камней при литотомии магнитными веществами (т.е. магнитными наночастицами) настоящей заявки со способом удаления камней полимерным гелем, существующем в предшествующем уровне техники, автор изобретения разработал корзинку для камней, а для имитации геля в наборе использовал катионный полимерный полиэтилениминовый гель с гелевой композицией в соответствии с CN105283140A.
Конкретно, использовали две стеклянные бутыли, как показано на фиг.18, и в каждую из них добавляли по 3 куска 2-3 мм контрольных камней, камни в бутыли (a) были не модифицированы, тогда как камни в бутыли (b) обработали 1 мл (3 мг/мл) раствора магнитных частиц стадии 3 для модификации. Через 5 минут раствор магнитных частиц аспирировали из бутыли (b), а затем в бутыли (a) и (b) добавляли 2 мл физиологического раствора, соответственно.
Результаты экспериментов показывают, что магнитные частицы имели эффект удаления камней (было удалено 3 камня), значительно превосходящий способ удаления камней полимерным гелем (было удалено 0 камней).
Из Примера 11 можно видеть, что магнитные наночастицы, заявленные в настоящем изобретении, оказывают отличное действие в вариантах применения при удалении камней относительно способа удаления камней полимерным гелем, существующего в предшествующем уровне техники (например, CN105283140A).
Пример 12: Результаты двух имитирующих экспериментов для удаления камней in vivo
Цель данного эксперимента состояла в постепенной и реальной имитации эффектов удаления камней от простого к сложному. Поэтому эксперимент был разделен на две части:
1. Использование модели уретры с двумя чашечками, имитируемыми прозрачной стеклянной трубкой
Модификация камней: Чтобы смоделировать среду in vivo, три камня с диаметром 2-3 мм были помещены в прозрачную стеклянную трубу для моделирования модели уретры с двумя чашечками, которая была исходным состоянием окружающей среды для камня в почке (см. Фиг. 19-1).
Камера была целиком заполнена физиологическим раствором, и 1 мл (3 мг/мл) раствора магнитных частиц (магнитные частицы, полученные в примере 11) вводили через микроинъекционный катетер в течение 5 мин. Результаты эксперимента показали, что, когда магнитный зонд использовался для подтверждения эффекта удаления камней, камень можно быстро направить и успешно удалить (см. Фиг.19-2).
Результаты адсорбции камней на магнитном зонде показаны на фиг. 19-3.
2. Использование прозрачной модели искусственной почки
По сравнению с предыдущей моделью эта модель была в основном такой же по структуре, размеру и форме, как почка человека, и имела более сложную структуру и обструкции в канале. Цель состояла в том, чтобы выполнить дальнейшую имитацию in vitro и наблюдать действие обструкций, возможно существующих в почечных чашечках и уретре при удалении камней.
Модификация камней: Для того чтобы лучше имитировать окружающую среду для камней в почке, сделали стеклянную модель, и три камня с диаметром 2-3 мм поместили в прозрачную искусственную модель почки, которая представляла собой начальное состояние среды для камней в почке (см. Фиг.19-4).
Камеру целиком наполнили физиологическим раствором, и 1 мл (3 мг/мл) раствора магнитных частиц (магнитных частиц, полученных в Примере 11) инъецировали через микроинъекционный катетер, в течение 5 мин. Результаты эксперимента показали, что, когда для подтверждения эффекта удаления камней использовали магнитный зонд, препятствия в чашечках и в канале в основном не влияло на удаление камней, и камни были успешно удалены (см. Фиг.19-5).
Результаты адсорбции камней на магнитном зонде показаны на фиг. 19-6.
Из Примера 12 можно видеть, что магнитные наночастицы настоящего изобретения оказывают отличное действие в двух экспериментах, которые имитируют удаление камней in vivo, и, кроме того, магнитные наночастицы имеют хорошие перспективы применения в вариантах применения для удаления камней.
Несмотря на то, что в этом документе было показано и обсуждалось множество вариантов осуществления изобретения, изобретение не предназначено для ограничения ими. Предполагается, что объем правовых притязаний настоящего изобретения будет таким, как допускается в данной области и интерпретируется описанием. Вследствие этого, описание выше не следует истолковывать, как ограничение, но исключительно как иллюстративные примеры конкретных вариантов осуществления. Специалисты в данной области могут представить другие варианты в пределах объема правовых притязаний и сущности приложенной формулы изобретения.