磁共振成像技术（MRI）是当前临床医学重要的诊断手段之一。为了提高信号对比度和临床诊断准确率，新型磁共振成像造影剂的研发是当前生物材料领域一项重要的研究课题。目前临床应用最广泛的磁共振成像造影剂钆喷酸葡胺作为一种线性钆基造影剂已经被美国食品和药物管理局（FDA）批准近三十年，但是近年来临床证据表明线性钆基造影剂具有较高的肾源性系统性纤维化病变（NSF）和钆沉积的风险，因此大环类钆基造影剂以及理化性能更加稳定的钆基纳米磁共振造影剂成为当前的研究热点。

近日，我校生物与医学工程学院钱海生教授科研团队、化学与化工学院陆杨教授课题组与中国科学技术大学俞书宏教授课题组合作研发了一种安全的亚10nm高性能纳米磁共振造影剂，实现T1型纳米磁共振造影剂的冻干粉针剂型。该纳米颗粒冻干粉针剂表现出极好的纳米颗粒水溶性、单分散性以及稳定性，其纵向摩尔驰豫率（r1）达到7.0 mM-1s-1，约是商用钆喷酸葡胺注射液的两倍。与同等剂量钆喷酸葡胺相比，该纳米造影剂的新西兰兔血管造影结果表现出更高信号与更清晰的成像效果（图1）。这种冻干粉针剂无溶血反应或者细胞毒性，同时钆离子泄漏率低，从而降低了肾纤维化病变（NSF）等的潜在风险。进一步通过肾脏尿液代谢、脏器病理切片、组织分布与半致死剂量毒性评估、肝功能、肾功能血清指标和血常规生化指标分析等大量体内生物安全性分析证明其具有良好的生物安全性，很有希望成为新一代高效、低毒的血池磁共振成像造影剂。相关研究成果发表在国际著名学术期刊《生物材料》（Biomaterials, 2018，158, 74-85，DOI: 10.1016/j.biomaterials.2017.12.023）。

近年来，该合作团队联合中国科技大学第一附属医院影像科徐运军博士研究组在纳米磁共振造影剂的尺寸、形貌和纵向摩尔驰豫率（r1）调控方面取得了一系列研究成果。此前已经成功研发了一种可用于上转换荧光成像和磁共振成像的双模生物纳米探针（NaYF4:Yb/Er@NaGdF4哑铃状核壳上转换纳米颗粒），其纵向摩尔驰豫率（r1）是商用钆喷酸葡胺注射液的两倍且拥有优异的上转换荧光性能。相关工作发表在《美国化学会应用材料与界面》（ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9, 9226−9232）。通过超薄壳层的合成策略研发了一种亚10nm超高性能T1型磁共振成像造影剂（CaF2:Yb/Er@CaF2:Gd核壳纳米颗粒），其纵向摩尔弛豫率（r1）是商用钆喷酸葡胺注射液（Gd-DTPA）的七倍，并且将其成功运用于磁共振血管成像与肿瘤诊断（如图2所示）。相关工作发表在国际生物材料学期刊《生物材料科学》上，并被选为封面论文（Biomaterials Science, 2017, 5, 2403-2415）。

相关研究成果“新型核磁共振造影剂并用于血管造影”在“2016年全国双创活动周”期间启动科技成果直通车（北京站）暨首场科技成果路演中作为22个重点项目之一进行了重点推介，在本次路演中我省共三个项目入选，本工作相关成果是我校唯一入选的重点项目成果。相关成果在2017年教育部首届中国高校科技成果交易会（广东惠州）中也被选为重点项目成果进行了推介。

该项研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金等项目的资助，研究成果已申请发明专利7项，授权5项。

图1. ppNaGdF4纳米颗粒冻干粉针剂的物理和化学稳定性表征与冻干粉针剂的磁共振血管成像和体内代谢后尿液表征

图2. CaF2:Yb/Er@CaF2:Gd核壳纳米颗粒的高性能磁共振血管成像与肿瘤诊断（杂志封面图）