مطالعه برون‌تنی نانوذرات GdF3:Bi سنتز شده به روش هیدروترمال به عنوان ماده حاجب دوگانه (MRI-CT)
الموضوعات :محمد عباسی 1 , رضا احمدی 2 , امیرحسین مغنیان 3 , اعظم جنتی اصفهانی 4
1 - گروه مهندسی مواد دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)
2 - گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و معندسی، دانشگاه بین الملل امام خمینی (ره)، قزوین، ایران
3 - مهندسی و علم مواد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین
4 - دانشگاه علوم پزشکی قزوین
الکلمات المفتاحية: نانوذرات مغناطیسی, پلی اتیلن گلیکول, سورفکتانت, MRI, CT Scan,
ملخص المقالة :
در این پژوهش نانوذرات گادلنیوم فلوراید (GdF3) دوپ شده با بیسموت (Bi) به روش هیدروترمال سنتز شد و تاثیر دما و مدت زمان فرآیند و همچنین غلظت NH4F (تنظیم کننده pH) مطالعه شد. برای این منظور از پلی اتیلن گلیکول به عنوان سورفکتانت در فرآیند سنتز نانوذرات GdF3:Bi استفاده شد. شناسایی فازها با طیف‌سنجی پراش اشعه ایکس (XRD)، تصویربرداری میکروسکوپی با میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) و آنالیز عنصری با طیف‌سنجی پراش انرژی اشعه ایکس (EDS) انجام گرفت. بررسی خواص کنتراست‌زایی نمونه‌ی مطلوب از طریق تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) و توموگرافی کامپیوتری (CT) در شرایط برون‌تنی انجام گرفت. نمونه‌ی تولید شده در دمای °C180، طی مدت زمان 6 ساعت و با غلظت دو برابر ضریب استوکیومتری NH4F با داشتن مورفولوژی مکعبی، اندازه ذرات کمتر از nm 100 و یکنواختی توزیع عناصر مطلوب‌ترین نمونه بوده و بررسی کنتراست‌زایی در حالت برون‌تنی نشان داد که این نانوذرات در تصویربرداری CT یک کنتراست‌زای مثبت عالی است و در تصاویر MRI نیز غلظت‌های 5/22 تا 180 میلی مولار آن کنتراست بالایی ایجاد می‌کند. به طور خلاصه می‌توان نتیجه گرفت، دوپ کردن Bi با GdF3 موفقیت‌آمیز بوده است و می‌توان از این نانوذرات به عنوان یک ماده حاجب در تصویربرداری دوگانه MRI-CT استفاده کرد.
[1] W. Mulder, G. Strijkers, G. vanTilborg, D. P. Cormode, Z. A. Fayad & K. Nicolay, "Nanoparticulate assemblies of amphiphiles and diagnostically active materials for multimodality imaging", Accounts of chemical research, vol. 42, pp. 904-914, 2009.
[2] R. A. Sperling, P. R. Gil, F. Zhang, M. Zenella & W. J. Parak, "Biological applications of gold nanoparticles", Chemical Society Reviews, vol. 37, pp. 1896-1908, 2008.
[3] J. Gao, H. Gu & B. Xu, "Multifunctional magnetic nanoparticles: design, synthesis, and biomedical applications", Accounts of chemical research, vol. 42, pp. 1097-1107, 2009.
[4] J. Zhu, Y. Lu, Y. Li, J. Jiang, L. Cheng, Z. Liu, L. Guo, Y. Pan & H. Gu, "Synthesis of Au–Fe 3 O 4 heterostructured nanoparticles for in vivo computed tomography and magnetic resonance dual model imaging", Nanoscale, vol. 6, pp. 199-202, 2014.
[5] G. Huang, J. Hu, H. Zhang, Z. Zhou, X. Chi & J. Gao, G. "Highly magnetic iron carbide nanoparticles as effective T2 contrast agents", Nanoscale, vol. 6, pp. 726-730, 2014.
[6] J. M. K. M. Fitcher, W. J. Chu & T. M. Reineke, "Polymer beacons for luminescence and magnetic resonance imaging of DNA delivery", Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 106, pp. 16913-16918, 2009.
[7] W. Kong, W. Lee, Z. Cui, K. Bae, T. Park, J. Kim, K. Park & S. Seo, "Nanoparticulate carrier containing water-insoluble iodinated oil as a multifunctional contrast agent for computed tomography imaging", Biomaterials, vol. 28, pp. 5555-5561, 2007.
[8] K. DeKrafft , Z. Xie, G. Cao, S. Tran, L. Ma, O. Zhou & W. Lin, "Iodinated nanoscale coordination polymers as potential contrast agents for computed tomography", Angewandte Chemie, vol. 121, pp. 10085-10088, 2009.
[9] O. Rabin, J. Manuel, J. Grimm, G. Wojtkiewicz & R. Weissleder, "An X-ray computed tomography imaging agent based on longcirculating bismuth sulphide nanoparticles", Nature Materials, vol. 5, pp. 118-122.
[10] D. Kim, S. Park, J. Lee, Y. Jeong & S. Jon, "Antibiofouling polymer-coated gold nanoparticles as a contrast agent for in vivo X-ray computed tomography imaging"t Journal of the American Chemical Society, vol. 129, pp. 7661-7665, 2007.
[11] L. K. McEvoy, C. F. Notestine, J. C. Roddey, D. J. Hogler, D. Holland, D. S. Karow, C. J. Pung, J. B. Brewer & A. M. Dale, "Alzheimer disease: quantitative structural neuroimaging for detection and prediction of clinical and structural changes in mild cognitive impairment", Radiology, vol. 251, pp. 195-205, 2009.
[12] P. Padmanabhan, A. Kumar, K. Sundramurthy & R. K. Chaudhary, "Nanoparticles in practice for molecular-imaging applications: An overview", Acta biomaterialia, vol. 41, pp. 1-16, 2016.
[13] R. E. Hendrick & E. M. Haacke, "Basic physics of MR contrast agents and maximization of image contrast", Journal of Magnetic Resonance Imaging, vol. 3, pp. 137-148, 1993.
[14] ر. احمدی و م. شاعری، "تولید و کاربرد نانوذرات اکسید آهن با پوشش یددار برای تصویربرداری پزشکی دوگانه CT-MRI "، نانو مواد، دوره 9، صفحه 121-129، 1396.
[15] Y. Huh, Y. Jun, H. Song, S. Yoon, J. Shin, J. Suh & J. Cheon, "In vivo magnetic resonance detection of cancer by using multifunctional magnetic nanocrystals", Journal of the American Chemical Society, vol. 127, pp. 12387-12391, 2005.
[16] Y. Lim, M. Cho, B. Choi, J. Lee & B. Chung, "Paramagnetic gold nanostructures for dual modal bioimaging and phototherapy of cancer cells", Chemical communications, vol. 40, pp. 4930-4932, 2008.
[17] P. J. Debouttière, S. Roux, F. Vocanson, C. Billotey, O. Beuf, A. Favre-Réguillon, Y. Lin, S. Pellet-Rostaing, R. Lamartine, P. Perriat & O. Tillement, "Design of gold nanoparticles for magnetic resonance imaging", Advanced Functional Materials, vol. 16, pp. 2330-2339, 2006.
[18] C. Alric, J. Taleb, G. Duc, C. Mandon & O. Tillement, "Gadolinium chelate coated gold nanoparticles as contrast agents for both X-ray computed tomography and magnetic resonance imaging", Journal of the American Chemical Society, vol. 130, pp. 5908-5915, 2008.
[19] U. Jeong, X. Teng, Y. Wang, H. Yang & Y. Xia, "Superparamagnetic colloids: controlled synthesis and niche applications.", Advanced Materials, vol. 19, pp. 33-60, 2007.
[20] E. Taboada, R. Solans, E. Rudrigues & R. Weissleder, "Supercritical‐fluid‐assisted one‐pot synthesis of biocompatible core (γ‐Fe2O3)/shell (SiO2) nanoparticles as high relaxivity T2‐contrast agents for magnetic resonance imaging", Advanced Functional Materials, vol. 19, pp. 2319-2324, 2009.
[21] H. B. Na, I. C. Song & T. Hyeon, "Inorganic nanoparticles for MRI contrast agents". Advanced materials, vol. 21, pp. 2133-2148, 2009.
[22] B. A. Moffat, G. R. Reddy, P. McConville, D. E. Hall, T. L. Chenevert, R. R. Kopelman, M. Philbert, R. Weissleder, A. Rehemtulla & B. Ross, "A novel polyacrylamide magnetic nanoparticle contrast agent for molecular imaging using MRI", Molecular imaging, vol. 2, pp. 324-332, 2003.
[23] X. Shi, S. Wang, S. D. Swanson, S. Ge, Z. Cao, M. E. Van Antwerp, K. J. Landmark & J. R. Baker, "Dendrimer‐functionalized shell‐crosslinked iron oxide nanoparticles for in‐vivo magnetic resonance imaging of tumors", Advanced materials, vol. 20, pp. 1671-1678, 2008.
[24] U. L. Tromsdorf, N. Bigall, M. G. Gaul, G. Adam & H. Weller, "Size and surface effects on the MRI relaxivity of manganese ferrite nanoparticle contrast agents", Nano letters, vol. 7, pp. 2422-2427, 2007.
[25] P. Wu, C. Su, F. Cheng, J. Weng, J. Chen & D. Shieh, "Modularly assembled magnetite nanoparticles enhance in vivo targeting for magnetic resonance cancer imaging", Bioconjugate chemistry, vol. 19, pp. 1972-1979, 2008.
[26] C. Su, H. Sheu, C. Lin, C. Huang, Y. Lo, J. Chen & C. Yeh, "Nanoshell magnetic resonance imaging contrast agents", Journal of the American Chemical Society, vol. 129, pp. 2139-2146, 2007.
[27] C. A. S. Regino, S. Wallbridge, M. Bernardo P. L. Choyke & M. W. Brechbiel, "A dual CT‐MR dendrimer contrast agent as a surrogate marker for convection‐enhanced delivery of intracerebral macromolecular therapeutic agents", Contrast media & molecular imaging, vol. 3, pp. 2-8, 2008.
[28] J. Ziyang J, P. Hongsia, C. Wenhui & Y. Fabiao, "A novel multifunctional carrier with magnetic-NIR luminescent-microwave heating characteristics for drug delivery", Journal of Drug Delivery Science and Technology, vol. 79, pp. 104106, 2023.
[29] M. Wiart, C. Tavakoli, V. Hubert, I. Hristovsk, C. Dumot, S. Parol, F. Leroug, F. Chauveau, E. Canet-Soulas, O. Pascual, D. P. Cormod, E. Brun & H. Elleaum, "Use of metal-based contrast agents for in vivo MR and CT imaging of phagocytic cells in neurological pathologies", Journal of Neuroscience Methods, vol. 383, pp. 109729, 2023.
[30] L. Dan, & L. Qing, "An innovative and facile strategy to construct GdF3:Eu3+@Void@SiO2 nanowire-in-nanotube structured nanofibers with photoluminescence-magnetism Bi-functionality", Journal of Luminescence, vol. 249, pp. 119040, 2022.
[31] W. Shi, S. Song & H. Zhang, "Hydrothermal synthetic strategies of inorganic semiconducting nanostructures", Chemical Society Reviews, vol. 42, pp. 5714-5743, 2013.
[32] H. Elhendawi, R. M. Felfel, M. Bothaina & F. M. Reicha, "Effect of synthesis temperature on the crystallization and growth of in situ prepared nanohydroxyapatite in chitosan matrix", International Scholarly Research Notices, vol. 2014, pp. 1-8, 2014.
[33] Z. Xiaoting, T. Hayakawa, M. Nogami & Y. Ishikawa, "Selective Synthesis and Luminescence Properties of Nanocrystalline GdF3: Eu 3+ with Hexagonal and Orthorhombic Structures", Journal of Nanomaterials, vol. 2010, pp. 1-7, 2010.
[34] T. Furuzono, D. Walsh, K. Sato, K. Sonoda & J. Tanaka, "Effect of reaction temperature on the morphology and size of hydroxyapatite nanoparticles in an emulsion system". Journal of Materials Science Letters, vol. 20, pp. 111-114, 2001.
[35] R. Kumar, K. H. Prakash, P. Cheang & K. A. Khor, "Temperature driven morphological changes of chemically precipitated hydroxyapatite nanoparticles", Langmuir, vol. 20, pp. 5196-5200, 2004.
[36] C. Kothapalli, M. Wei, A. Vasiliev & M. T. Shaw, "Influence of temperature and concentration on the sintering behavior and mechanical properties of hydroxyapatite". Acta Materialia, vol. 52, pp. 5655-5663, 2004.
[37] Y. Li, Y. Wang, X. Zhou, K. Zheng, Y. Sheng & H. Zou, "Controlled synthesis and luminescence properties of GdF 3 with different crystalline phases and morphologies", CrystEngComm, vol. 19, pp. 1517-1527, 2017.
[38] ه، عربی، ن. خلیلی مقدم و ح. شیرین زاده، "مطالعه تأثیر مقدار pH بر روی خواص ساختاری و مغناطیسی نانوذرات فریت‌منیزیم"، پژوهش سیستم‌های بس‌ذره‌ای، دوره 1، صفحه 9-20، 1390.
[39] H. Chen, Y. Gao, Y. Liu & H Luo, "Hydrothermal synthesis of ytterbium silicate nanoparticles", Inorganic chemistry, vol. 49, pp. 1942-1946, 2010.
[40] T. Sato, S. Kiwamu, A. Keiko & H. Toshihiko, "Effect of pH on Hydrothermal Synthesis of γ-Al2O3 Nanoparticles at 673 K", Chemistry letters, vol. 37, pp. 242-243, 2008.
[41] J. V. Williams,C. N. Adams, N. A. Kotov & P. E. Savage, "Hydrothermal synthesis of CdSe nanoparticles", Industrial & engineering chemistry research, vol. 46, pp. 4358-4362, 2007.
[42] R. Sardar, & J. S. Shumaker-Parry, "Spectroscopic and microscopic investigation of gold nanoparticle formation: ligand and temperature effects on rate and particle size", Journal of the American Chemical Society, Vol. 133, pp. 8179-8190, 2011.
[43] D. Chen, P. Huang, Y. Yu, F. Huang, A. Yang & Y. Wang, "Dopant-induced phase transition: a new strategy of synthesizing hexagonal upconversion NaYF4 at low temperature", Chemical Communications, vol. 47, pp. 5801-5803, 2011.
[44] D. Yang, X. Kang, M. Shang, G. Li, C. Peng, C. Li & J. Lin, "Size and shape controllable synthesis and luminescent properties of BaGdF5: Ce3+/Ln3+ (Ln= Sm, Dy, Eu, Tb) nano/submicrocrystals by a facile hydrothermal process", Nanoscale, vol. 3, pp. 2589-2595, 2011.
[45] G. Amin, M. H. Asif, A. Zainelabedin, S. Zaman, O. Nur & M. Willander, "Influence of pH, precursor concentration, growth time, and temperature on the morphology of ZnO nanostructures grown by the hydrothermal method", Journal of Nanomaterials, vol. 2011, pp. 1-9, 2011.
[46] X. Shi, K. Gao, S. Xiong & R. Gao, "Multifunctional transferrin encapsulated GdF3 nanoparticles for sentinel lymph node and tumor imaging", Bioconjugate Chemistry, vol. 31, pp. 2576-2584, 2020.
