Nanostructure-enhanced water interaction to increase the dual-mode MR contrast performance of gadolinium-doped iron oxide nanoclusters

纳米团簇 纳米结构 材料科学 兴奋剂 磁共振成像 氧化物 氧化铁 纳米技术 核磁共振 化学 化学工程 光电子学 工程类 冶金 放射科 物理 医学
作者
Yuanchun Si,Guilong Zhang,Dan Wang,Cheng Zhang,Chi Yang,Guo Bai,Junchao Qian,Qiaoer Chen,Zhiyuan Zhang,Zhengyan Wu,Yunsheng Xu,Duohong Zou
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:360: 289-298 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.cej.2018.11.219
摘要

Rational structure design benefits the development of new classes of contrast agents (CAs) with excellent magnetic resonance imaging performance. In this work, hydrogenated silica with a net nanostructure (HSiO2) was fabricated and used to modify gadolinium-doped iron oxide nanoclusters (GdIONCs) to form a core-shell nanoplatform (HSiO2@GdIONC) with enhanced T1 and T2 contrast ability. In this nanoplatform, the HSiO2 shell showed a strong binding capacity for water molecules because of the presence of hydrogen bonds, oxygen vacancies, and high specific surface areas, and the strong binding capacity significantly improved the spin-spin (T2) and spin-lattice (T1) imaging of the GdIONC core. In addition, the T1 relaxation rate of the GdIONC core dramatically increased from 30.8 mM−1 s−1 to 38.2 mM−1 s−1 after being coated with the HSiO2 shell, and the r2 to r1 ratio decreased from 10.9 to 8.3, which is an appropriate ratio (r2/r1: 5–10) for dual-mode contrast. Cell and animal experiments suggested that HSiO2@GdIONC exhibited a better T1- and T2-weighted MR imaging effect than the bare GdIONC core, confirming that this strategy for modifying GdIONCs is a beneficial and promising approach for obtaining highly efficient dual-mode CAs.

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