(毕业论文)纳米材料的论文

毕业论文毕业论文 纳米材料的论文纳米材料的论文 化学信息学论文 设计 纳米氧化铁在医学上的应用学院化学与化 工专业材料化学班级学号学生姓名xx年12月17日论文 设计 诚信 责任书本人郑重声明本人所呈交的化学信息学论文 设计 是在 导师的指导下独立进行研究所完成 化学信息学论文 设计 中凡引用他人已经发表或未发表的成果 数据 观点等 均已明确注明出处 特此声明 本文介绍纳米氧化铁的种类 特征及表象 制备的各种方法 简述 了纳米氧化铁粒子在细胞 蛋白质和核酸分离及生物检测 肿瘤热 疗的应用 纳米氧化铁材料因具有独特的磁学特性 如超顺磁性和高矫顽力 在生物分离和检测领域展现了广阔的应用前景 同时 纳米氧化铁粒子具有小尺寸效应 良好的磁导向性 生物相 容性 生物降解性和活性功能基团等特点 在核磁共振成像 靶向 药物 酶的固定 免疫测定等生物医学领域表现出潜在的应用前景 由于其较高的比表面积 强烈的聚集倾向 对磁性纳米粒子的表面 进行特定修饰 在修饰后的粒子上引入靶向剂 药物分子 抗体 荧光素等多种生物分子 可以改善其分散稳定性和生物相容性 以 实现特定的生物医学应用 关键词纳米氧化铁粒子 制备 生物分离 肿瘤热疗 化学信息学论文 设计 IV NanometreIron OxideIn MedicalApplication AbstractNano iron oxide particlesis anew typeof magicfunctional material was widelyused inbiology medicine andmaterial environmentso manyfields This paperintroduces thecharacteristics andtypes ofiron oxidenanoparticles imagery prepared byvarious methods the nanometerironoxide particles inthe cell protein andnucleic acidseparation andbiological detection tumor hyperthermia gene engineering Nano ironoxide materialsdue totheir uniquemagic properties such assuperparamagic andhigh coerciveforce in biological separation anddetection showedwide applicationprospect At thesame time nano ironoxide particleswith smallsize effect good magicorientation biopatibility biodegradability andactive functionalgroups andother characteristics in magicresonance imaging targeted drugs enzyme immobilization immunoassay andother biomedical applications todemonstrate thepotential applicationprospect Due totheir highspecific surfacearea strong propensityfor aggregationof magianoparticles surface modificationin particular the modifiedparticles intothe targetagent drug molecules antibodies fluorescein andother biologicalmolecules can improvethe dispersionstability andbiopatibility in orderto achievea particularbiomedicalapplication Keywords Nano ironoxideparticles preparation biologicalseparation hyperth ermia 化学信息学论文 设计 IV化学信息学论文 设计 第1页第 1页第一章前言1 1纳米氧化铁纳米科学技术是20世纪80年代末诞生 并崛起的新科技 它的基本内涵是指在纳米尺寸 910 710 范 围内认识和改造自然 通过直接和安排原子 分子创造新物质 以 及改造原有物质使其具有新的性质的一种新型的材料 1 1 1纳米氧化铁的概述纳米是一种长度的量度单位 1纳米 nm 等于910 米 1nm的长度大约为4到5个原子排列起来的长度 或者说 1nm相当于头发丝直径的10万分之一 而纳米结构 nanostructure 通常是指尺寸在100nm以下的微小结构 纳米材料 nanostructure materials或nanomaterials 是纳米级结构材料的简称 从狭义是指由纳米颗粒构成的固体材料 其中纳米颗粒的尺寸最多 不超过100纳米 在通常情况下不超过10纳米 从广义上说 纳米材 料 是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度 1 100nm 限制 的各种固体超细材料 它包括零维的原子团簇 几十个原子的聚集 体 和纳米微粒 一维纳米纤维 二维纳米微粒膜 涂层 及三维 纳米材料 而纳米氧化铁是一种新型的纳米材料 其尺寸只有20 50nm之长 粒 径很小 因此具有强紫外线吸收 高彩度 高着色力 高透明度等 特性 此外 纳米氧化铁还具有量子尺寸效应 小尺寸效应 表面效应 库仑堵塞和介电限域效应 这些效应使得纳米微粒具有不同于常规固 体的新特征 纳米氧化铁具有良好的耐候性 耐光性 磁性和对紫外 线具有良好的吸收和屏蔽效应 可广泛应用于闪光涂料 油墨 塑料 皮革 汽车面漆 电子 高磁记录材料 催化剂以及生物医学工 程等方面 近年来 对纳米材料的研究已引起了多种研究领域的广泛兴起 磁性纳米氧化铁颗粒 FeO 23Fe O 34Fe O 已被广泛研究 纳米氧化铁具有良好的耐候性 耐光性 磁性和对紫外线具有良好 的吸收和屏蔽效应 是一种重要的无机材料 在催化 功化学信息学论文 设计 第2页第2页能陶瓷 磁性材料 和透明颜料等领域具有重要的应用 通过将磁性纳米颗粒分散在某种基体中制成磁性纳米复合材料可有 效防止纳米颗粒间的相互团聚 有效地控制其颗粒尺寸 此外 磁性颗粒镶嵌在不能混合的介质中将导致一些奇异的物理和 化学特征 1 1 2纳米材料的应用前景纳米科技并非是某一学科的延伸或某一工 艺的革新 而是一门跨学科的边缘科学 它是许多基础理论 专业理论与当代尖端高新技术的结晶 是一个原 理深奥 科技顶尖 内容丰富的多学科群 包括纳米电子学 纳米加 工学 纳米物理学 纳米化学 纳米材料学和纳米生物学等 纳米科技是20世纪80年代末 90年代初才逐步发展起来的前沿 交 叉性新兴学科领域 它已成为当今新材料研究领域中最富有活力 对 未来经济和社会发展中有着十分重要影响的研究对象 在纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术将成为21世纪前20 年的主导技术 并带来纳米产业的蓬勃发展 因此 有专家预言 纳米科技的迅猛发展将在新世纪促使几乎所有工 业领域产生一场革命性的变化 目前 世界上发达国家对纳米科技的开发研究进行了大量的投入 试 图抢占这一21世纪科技战略制高点 目前 国内外在纳米材料和纳米技术的应用研究方面取得了显著成效 1 国外纳米科技研究现状由于纳米科技对一个国家未来战略将会产 生重大影响 因此发达国家投入大量的人力 物力和财力进行纳米 技术的研究和生产 美国政府对纳米技术的开发应用从1997的年1 16亿美元增加到xx年 的5亿美元 目前还不断的增大纳米技术的投入 预计未来纳米技术 的研究政府资助额将增加到15亿美元 德国将纳米材料列为新世纪科研创新的战略领域 他们建立6个政府 与企业联合的研发中心 有19家研究机构专门组建了纳米技术研究网 日本从xx年起实施为期7年的 纳米材料工程 计划 预计每年的投 资额为50亿日元 同时日本通产 文部和科技三省厅将在明年投资330亿日元 用于建 立 纳米材料研究中心 该中心将集中数百名专家进行纳米材料的 开发应用研究 并将与企业和大学合作应用推广 此外 英国 韩国 瑞士等国也纷纷建立和正在建立纳米科技中心 以加强该项技术的研究 西方国家的目标是在基础研究和应用研究领域做前瞻性的部署 取得 知识产权 占领战略制高点 并与企业结合 将科研成果迅速推向市场 化学信息学论文 设计 第3页第3页2 我国纳米科技研究的现状我 国纳米产业正蓬勃发展 据xx年5月统计 全国共有纳米企业323家 社 会投入资金30亿元 现国内已初步形成以北京 上海两大纳米研发中心为核心并辐射四 周的纳米科技格局 几年来的实践 我国纳米技术专利成果也颇为可观 据统计 截止2000年底 我国涉及纳米材料领域已公开的专利有582项 其中已授权107项 据悉 未来5年 我国将投入25亿元进行纳米科技研究 建立10个国家 级纳米研究中心 3 纳米技术的发展趋势 1 环境和能源 发展绿色能源和环境处理技术 减少污染和恢复被破坏的环境 制备 孔径1nm的纳孔材料作为催化剂的载体 用以消除水和空气中的污染 成倍提高太阳能电池的能量转换效率 2 微电子和计算机 纳米结构的微处理器的效率将提高100万倍 并实现兆兆比特的存储 器 提高1000倍 研制集成纳米传感器系统 3 医学 纳米粒子将使药物在人体内的传输更方便 将来用纳米结构 组装 一种寻找病毒的药物进入人体后 可对艾滋病 癌症 病毒性感冒等 进行治疗 在人工器官外涂上纳米粒子可预防移植后的排斥反应 研 究与人体友好的人工组织 器官复明和复聪器件等 4 生物 在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质 核糖核酸等 在纳米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能 生物仿生化学药品和生物可降解材料 动植物的基因改善和治疗 测 定DNA的基因芯片等 4 纳米材料的市场前景展望纳米技术现已逐步走向市场 据不完全统 计 1999年 全世界纳米技术应用所产生的产值约500亿美元 2000年 全球纳米技术创造的产值达3750亿美元 预计到xx年全世界纳米技术 创造的年产值将达1 44万亿美元 日本对纳米技术发展趋势和市场前景进行了预测 到xx年 日本的纳 米技术市场将达到8万亿日元 到xx年 将达到19万亿日元 他们认为 纳米技术是一项主要的基础技术 由此发展起来的纳米信 息 纳米生物 纳米材料等将对未来世界产生不可估量的影响 美国科学预测 20年后 美国可望用单电子移动单电子纳米技术研制 成速度和存储容量比现在提高成千上万倍的量子计算机 随着科技的发展 纳米科技将日益受到人们的重视 纳米的应用领域 将不断化学信息学论文 设计 第4页第4页拓展 将会产生革命性的 变革 预计不久的将来 纳米科技将深入到各行各业乃至千家万户 并将成 为今后二三十年科技发展的主导技术 化学信息学论文 设计 第5页第5页第二章纳米氧化铁的种类及性 质和表征2 1纳米氧化铁的种类铁的氧化物及其羟基氧化物均归属于 氧化铁系列化合物 按色泽的不同可分为红 橙 黄 棕 黑等 按价态 晶型和结构的不同可分为 FeOOH 34Fe O 23Fe O FeO等 较使用价值的有 23Fe O 23Fe O FeOOH 34Fe O等 各氧化物的主要结构性质列于表1所示表1铁的氧化物 羟基氧化物 和氢氧化物的晶体结构及某些重要性主要组成颜色密度 3cm 形 状磁性晶系晶格常数 0A 结构 FeOOH黄色4 264针状纺锤长片反磁 性斜方a 4 64b 10 0c 3 03基本六角密堆积 FeOH金黄色4 738针状 纺锤反磁性四角a 10 48b 3 032类似于 2MnO FeOH无4 395长片状 反磁性斜方a 3 88b 12 54c 3 07立方密堆积 FeOH棕色4 432六角 片状亚磁性六角a 2 941b 4 49不规则2CdI结构 23Fe O红色5 24球状或纺锤状铁磁性三角a 5 034c 13 749铁太石型结构 化学信息学论文 设计 第6页第6页2 2纳米氧化铁的特性纳米氧化 铁材料是纳米材料中的一种功能材料 因此也具有纳米材料的基本 特性例如力学特性 磁学特性 电学特性 热学特性等 这些特性 在当前飞速发展的各个科技领域内得到了广泛的应用 科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术 难题 可以说纳米材料特性促进了科技的进步和发展 2 2 1热学特性纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和 非晶体材料的值 这是由于界面原子排列较为混乱 原子密度低 界面原子耦合作用变弱的结果 因此在储热材料 纳米复合材料的机械性能应用方面有广泛的应用 前景例如Fe23Fe O颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用 从而有效的将太阳能转化为热 能 2 2 2磁学特性现在计算机硬盘系统的磁记录密度超过1 55Gb 2cm 在这种情况下 感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻的磁致电阻 效应为3 已不足满足需要 而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高 达50 用于信息存储的磁电阻读出磁头 具有相当高的灵敏度和低 噪音 目前巨磁电阻效应的读出的读出磁头可将磁盘的记录提高到1 77Gb 2cm 同时纳巨磁电阻效应的磁电阻与外磁场间存在近似的线性关系 所以也可以用作新型的磁传感材料 2 2 3力学特性纳米材料的强度与粒径成反比 纳米材料的位错密度 很低 位错滑移和增值符合Frank Reed模型 其临界位错的直径比纳米晶粒还要大 增值后位错塞积 的平均间距一 23Fe O无4 6针状或纺锤状亚铁磁性立方a 8 334c 25 002阳离子缺位的尖 晶结构化学信息学论文 设计 第7页第7页般比晶粒大 所以纳米 材料中位错滑移和增值不会发生 这就是纳米晶强化效应 应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时 其强度 硬度 韧性大 幅提高 使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位 使用纳米技术制成的陶瓷 纤维广泛地应用于航天 航空 航海 石油钻探等恶劣的环境下使用 2 2 4电学特性因为晶面上原子体积分数增大 纳米材料的电阻高于 同类粗晶材料 甚至发生尺寸诱导金属 绝缘体转变 SIMIT 利用纳米粒子的隧道量子效应和库伦阻塞效应制成的纳米电子器件 具有超高速 超容量 超微型低能的特点 有可能在不久的将来全 面取代目前的常见半导体器件 2 3纳米氧化铁材料的表征纳米氧化铁材料具有不同于体材料和单分 子的独特性能例如体积效应 表面界面效应 量子尺寸效应和宏观 隧道效应等及它在光学 化工 医学 电子等多方面的重要应用 2 3 1量子尺寸效应量子尺寸效应是指纳米粒子尺寸下降到一定值时 费米能级附近的电子能级由准连续变为分散能级的现象 早在60年代Kubo就采用电子模型给出了决定能级间距的著名公式34F EN 其中 为能级间距 FE为费米能级 N为总电子数 对常规物体 因包含有无限多个原子 即所含电子数N 故常 规材料的能级间距几乎为零 0 而对纳米粒子 因其含原子 数有限 有一定的数值 即能级发生了分裂 当能级的间距大于热 能 磁能 光子能量 超导态的凝聚能等典型能量值时 必然因量 子效应导致纳米微粒的光 热 电 磁 声等特性与常规材料有显 著不同 例如 特异的光催化性 高光学非线性及电学特性等 化学信息学论文 设计 第8页第8页2 3 2小尺寸效应 体积效应 当颗粒的尺寸与光波的波长 传导电子的德布罗意波以及超导态的 相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当火更小时 晶体原有的周 期性及边界条件将被破坏 非晶态纳米微粒表面层附近原子相当减 少 导致原光 电 磁 热 力等无性发生严重的变形 呈现出一 种新的体积效应 其他性质都此效应的延伸 例如 光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频率 磁有序态 向无序态转变 超导相向正常的转变 声子谱发生改变等 2 3 3表面效应 界面效应 表面效应是指纳米颗粒表面原子数与总 原子数之比随粒径变小而增大后引起性质上的变化 随着粒径减少 表面原子数迅速增加 这是由于粒径小 比表面积 增大所致的结果 纳米微粒尺寸小 表面能高 位于表面的原子占相当大的比例 纳米颗粒的表面原子所处环境与内部原子不同 配位数小 有许多 悬空键 易于与其它原子相结合稳定 纳米材料的比表面积是判断纳米材料的一个重要的指标 近似球形 的纳米微粒的比表面积可以表示为S C 13n 或S C 12d 2 n 为原子数 d为粒子直径 C C 为常数 纳米材料的表面会发生重 构和驰豫 纳米材料的这种独特的表面效应影响了纳米材料的各种 性质 例如 粒径为10nm 比表面积为90 晶粒为5nm 比表面积的为180 粒径下降到2nm表面积猛增到450 这样高的表面积 使处 于表面的原子数越来越多 同时表面能迅速增加 2 3 4宏观粒子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒能力的效应成为隧道 效应 电子具有粒子性又具有波动性 因此存在隧道效应 近年来 人们发现一些宏观量 如微粒的磁化强度 量子相关器件 中的磁通量等也具有隧道效应 它们可以穿越宏观体系的势垒而产 生变化 故称之为宏观量子隧道效应 宏观量子隧道效应将会是未来微电子 光电子器件的基础 确立现 存微电子器件进一步微型化的极限 如在制造半导体集成电路时 当电路的尺寸接近波长时电子就通过 隧道效应而溢出器件 是器件无法正常工作 经典电路的极限尺寸 大概子0 25um 化学信息学论文 设计 第9页第9页第三章纳米氧化铁的制备3 1化 学制备方法3 1 1共沉淀法共沉淀法是采用最早的液相化学反应合成 纳米氧化铁颗粒的方法 它是在有两种或多种阳离子的溶液中加入沉淀剂 这种多元体系的 溶液经过沉淀反应后 可得到成分均一的沉淀 按如下的反应原理 进行23342284FeFeOHFe OH O 通常把2Fe 和3Fe 的硫酸盐或氯化物溶液以物质量比2 3的 比例混合后 用过量的4NH OH或NaOH在一定的温度和pH下 高速搅拌进行沉淀反应 然后将沉 淀过滤 洗涤 烘干 制得纳米34Fe O 林本兰等 2 将224FeH O 和326FeClH O 按物质量比为1 2的比例混合放入烧瓶中 加入200mL蒸馏水 温 度控制在 30 1 下 强烈搅拌并缓慢滴加0 4mol L的32NHH O 至pH 9 将溶液高温恒温水浴晶化一定的时间 反应结束34Fe O晶体粒径经沉淀 离心分离并用去离子水多次洗涤至溶液PH 7 所得纳米级四氧化三铁颗粒通过X射线谱图证实了改粒子的组成图结 构 通过TEM研究表明 所制得的四氧化三铁粒子主要为球粒径分布均匀 平均粒径在10nm左右 3 1 2水解法水解法是指在高温 高压的水溶液中进行的一系列化学 反应和物理反应 在高温和高压的水溶液中 许多化合物表现出在常温下不同的性质 如溶解度增大 离子活度增强 化合物晶体结构易转型及氢氧化 物易脱水等现象 制备的主要过程是亚铁盐先用氢氧化钠调节pH值 然后升温同氢 在氧化的同时产生脱水 一步制得 23Fe O 机理如下232 FeOHFe OH 22234 24 Fe OHOHOFe OH 化学信息学论文 设计 第10页第10页32 Fe OH 223Fe OHO 这种方法根据反应物的不同浓度 pH值 反应温度 氧化程度 的不同可以制得各种氧化铁 minKoamiHiroshi 3 等通过在 423 573K 常压下 在有机溶剂中用水热的方法处理乙酰丙化铁制得纳 米34Fe O 在丙醛溶液中 3Fe 在上述条件中被乙酰丙酮基团或溶液氧化还原 之后就形成34Fe O 在丙醛中含有少量水 0 5 3v0 1 时 在相同的条件下就会生成 2Fe O 如果加长时间就会生成 2Fe O 3 1 3凝胶 溶胶法主要机理如下3 Fe OH在碱性条件下形成 23Fe O 要经过两个相转化步骤3 1 Fe OH 2 FeOOH 23Fe O I 在反应初期 助长剂首先完全与3 Fe OH络合3 mlml nFe OHHFe OHkH II 其中mlH表示晶体助长剂 助长剂的浓度增加 使得自 由3 Fe OH浓度降低 从而减慢了相转化速度 随着反应 I 的进行 自由3 Fe OH的转化导致 23Fe O晶核形成 同时使得反应 II 的平衡向左移 释放出的3 Fe OH的继续转化导致 23Fe O晶核长大 而游离的助长剂即被 23Fe O晶核结合吸附 使 23Fe O长成一定的晶形 刘静波 4 等则以柠檬盐为起始物质 用非醇盐 法制得了平均尺寸为30 4nm的 23Fe O磁粉 用此方法制备纳米氧化铁的主要工艺过程为在含Fe3 溶液中加入一 定的晶体助长剂及OH 离子 制成3 Fe OH沉淀悬浮液 升温后过滤并用去离子水洗涤多次 最后干燥既得 产品 根据形成的机理 可分为传统胶体型 无机聚合物型 络合 物三种 化学信息学论文 设计 第11页第11页3 1 4微乳胶法乳胶法通常是 将两种反应分别溶于组成完全相同的两份微乳液中 然后在一定的 条件下混合两种反应物 通过物质交换而彼此遭遇发生反应 在微乳液颗粒较大时反应产物的生长受到限制 如微乳颗粒控制在几个纳米 则反应产物一纳米微粒的形式分散在 不同微乳液 水池 中 且可以稳定存在 通过超速离心 或将水和丙酮的混合物加入反应完成后的微乳液等 办法 使纳米微粒与微乳液分离 再将水和丙酮清洗以除去附着在表面的油和表面活性剂 最后在一 定温度下干燥处理 即可得到纳米微粒的固体样品 申德君 5 采用明胶 十二烷基磺酸钠 磷酸三丁酯 庚烷 2HO微乳体 系 使2FeCl反应物在明胶溶液中水解制备得凝胶 再使其于微乳液 的胶束中反应 并用KBH4还原2Fe 使产物在胶束中成核长大 生成的微粒处于明胶 蛋白和表面活性剂分子的包裹之中 防止了微粒间的聚集 使微粒 稳定存在 从而制备了明胶 23Fe O 复合纳米微粒 3 1 5附着法这种方法主要是把合成的氧化铁微粒附着在另一种物质 的表面以形成纳米微粒 邓建国等 6 就在22YO S Eu的表面合成了均一的23Fe O纳米微粒 步骤 1 合成纳米23Fe O先把3FeCl溶于软化水中 再中入24N H和HCl 把pH值调为6 0 然后在90 加热1h得到一黑色悬浮液 其 中就含34Fe O 把这个溶液滴加在含有22YO S Eu的溶液中 在1h的搅拌后 过滤 多次洗涤 再在120 干燥2h 接着升温至450 颜色就由深灰色变为红色了 这就形成了23Fe O 主要机理 a 324234236282218FeN HHOFe ONNHH b 342231232Fe OOFe O 化学信息学论文 设计 第12页第12页3 2物理制备方法3 2 1 金属丝脉冲电流法利用脉冲放电的电能通过金属丝原料时转化成大 量热能瞬时将细丝熔化并汽化成蒸汽 经冷却形成纳米氧化粉 LEE等 7 用图2所示的装置制备了平均粒径为50nm的Fe纳米粉 85 的颗粒粒径分布在50 90nm之间 透射电镜的显微图象表明样品 表面有2 3nm厚的未结晶好的氧化层 他们通过控制气氛中氩气与氧气的比例得到了不同相的铁及氧化铁 粉 图2脉冲电流法装置示意图Fig2 Experimental setupof pulsedwire dischargeevaporation3 2 2激光烧光浊法激光烧浊法采用无污染的 高能为热源 可以以实现包括高熔点材料在内的多种材料纳米粒子 的制备 所得到的纳米粉末粒径很小而且粒度分布范围窄 制备过 程中容易控制纳米粉末的化学成分 粉末纯度很高 化学信息学论文 设计 第13页第13页王泽敏等 8 提出了一种新的 制粉方法 并制作了实现该原理思想的原型装置 如图4所示 在一定压力的N2和O2混合反应气氛中制备了 Fe2O3磁性纳米粉末 粉末平均粒径在20nm以下 且粒度分布范围窄 基本上无硬团聚存在 该粉末具有优良的磁性能 此外王泽敏等 8 还发现 23Fe O进入纳米尺寸后出现了很多新的光谱吸收带 与普通 23Fe O相比纳米粉在紫外 可见和中红外光谱段都能产生较强吸收 随着 纳米粉末含量的增加吸收强度不断提高 当选择合适的纳米粉末含量时 既能充分保证对红外和紫外线有很 高的吸收率 又能获得较高的可见光透明度 因此 在化妆品 食品包装 紫外线防护和吸波材料方面具有潜在 的应用价值 图4激光烧蚀细丝法制备纳米粉实验装置示意图 8 3 2 3物理粉碎法 目前使用较多的粉碎法是高能球磨或气体粉碎 高能球磨是利用介质和物料之间长时间的相互研磨和冲击使物料颗 粒粉碎到所需的或极限尺寸 主要用于加工相对硬的 脆性的材料 王兴庆等 9 用高能球磨法获得的微纳米氧化铁粉在280 400 内用 氢气还原 低温化学信息学论文 设计 第14页第14页还原粉长大 的趋势并不严重 且粉末粒度略低于初始氧化铁粉 还原铁粉粒度 小于0 5 m 表面能高 活性高 0 35 m的氧化铁粉在400 下20min的还原率达到97 1 几乎完全还 原 较之用普通氧化铁还原法制备铁粉 既缩短了反应时间又降低了还 原温度 大大降低了生产成本 化学信息学论文 设计 第15页第15页第四章纳米氧化铁在医学上 的应用4 1在核磁共振中应用MRI是一项完全无创性检查 安全性好 没有离子辐射 可以快速提供患者全身任何部位 任意方向 矢状 面 冠状面 横断面 任意断层的高分辨率解剖图像 清晰度远远 超过计算机断层扫描 Computer assistedtomography CT MRI应用于人体脑部 神经系统 腹部及心血管造影 对于检测组织 坏死 局部缺血和多种恶性肿瘤的探查特别有效 可满足病人早期 诊断的要求 被视为一种颇具潜力的诊断方法 在临床医学影像学 诊断中得到迅速广泛的应用 MRI是由人体在核磁共振过程中的电磁波进行成像 人体各种组织含有大量的水和碳氢化合物 所以人体磁共振成像检 查以氢核为成像元素 人体不同组织之间 正常组织与该组织中的病变组织之间氢核密度N H 纵向弛豫时间 横向弛豫时间3个参数的差异是MRI用于临床诊 断最主要的物理基础 不同组织之间 正常组织与病变组织间的T1 Tz 值的差别远大于N H 的差别 因此临床MRI均采用T1或T2成像 T2的弛豫时间与质子周围的局部磁场强度有关 10 一些具有较大磁矩的磁性物质接近共振的质子时 能有效地改变质 子所处的磁场 缩短Tl与T2弛豫时间 这类物质用于MR I检查 能够提高不同组织间的影响对比度 在医学上被称为对比度 外因增强 即造影剂 根据造影剂的作用原理可将造影剂分为T1类制剂和T2类制剂 其特 点对比见表3表3T1类制剂和T2类制剂特点对比 11 名称类别作用特 点作用方式T1类制剂阳性对比剂增加T1信号强度直接作用T2类制剂 阴性对比剂增加T2信号强度远程效应按物质的磁化特性 MRI对比剂 可分为顺磁性对比剂和超顺磁性对比剂 12 顺磁性对比剂一般是钆的螯合物 超顺磁性对比剂一般是超顺磁性 氧化铁对比剂 目前研究较多的是水溶性顺磁性造影剂和超顺磁性造影剂 化学信息学论文 设计 第16页第16页4 2纳米氧化铁在定向药物中 的作用定向药物是目前药物技术研究的热点之一 在外加磁场的作用下 通过载体 纳米微粒的磁性导航 使药物移向病变部位 达到定向治疗的目的 这样不但可以极大地提高药物的效率 而且能减少药物在人体其他器 官上的量 从而有效避免药物在对病灶作用的同时伤害人体其他器官 磁性氧化铁生物纳米颗粒具有比表面效应和磁效应 易定向 对人体 无副作用 可作为药物定向的有效载体 据报道 磁性氧化铁外包葡聚糖生物纳米颗粒 可作为基因载体 在酸 性条件下 该纳米颗粒表现出DNA结合力及抵抗DNASE I消化的作用 10nm 50nm的34FeO的磁性粒子表面包覆甲基丙烯酸 尺寸为200nm 这种亚微米级的粒子携带蛋白 抗体和药物可以用于癌症的诊断和 治疗 这种局部治疗效果好 副作用少 很可能成为癌症的治疗方向 4 3磁性纳米氧化铁在生物分离与生物检测中的应用4 3 1磁性纳米 氧化铁在生物分离中的应用磁性氧化铁纳米粒子可以通过外界磁场 来控制纳米粒子的磁性能 从而达到分离的目的 如细胞分离 蛋 白分离和核酸分离等 此外磁性氧化铁纳米粒子由于兼有纳米 磁学和类酶催化活性等性 能 不仅能够实现被检测物的分离和富集 而且能够使检测信号放 大 在生物分析领域也都具有很好的应用前景 1 磁性氧化铁纳米材料在蛋白质和核酸分离中的应用利用传统的生 物学技术 如溶剂萃取技术等 来分离蛋白质和核酸程序非常繁杂 而磁分离技术是分离蛋白 核酸及其他生物分子便捷而有效的方 法 目前在外磁场作用下 超顺磁性氧化铁纳米粒子已广泛应用于蛋白 质和核酸的分离 利用聚乙烯醇等表面活性剂存在下制备出共聚磁性高分子微球 表 面用乙二胺修饰后用于分离鼠腹水抗体 得到很好的分离效果 在磁性氧化铁纳米粒子表面偶联多巴胺分子 用于多种蛋白质的分 离纯化 多巴胺分子具有二齿烯二醇配体 它可以与氧化铁纳米粒子表面配 位不饱和的Fe原子配位 形成纳米颗粒的多巴胺复合物 此复合物 可以进一步偶联次氨基三乙酸分子 NTA NTA分子可特异螯合Ni 对于具有6 His标签化学信息学论文 设计 第17页第17页的蛋 白质的分离纯化方面表现出很高的专一性 用硅烷偶联剂 AEAPS 对核壳结构的2SiO 23FeO复合粒子的表面进 行处理 复合磁性粒子对牛血清白蛋白 BSA 的吸附情况 最后BS A与磁性复合粒子之间是通过化学键作用被吸附的 复合粒子对BSA 的最大吸附量达86mg g 显示出在白蛋白的分离和固定上有很大的 应用潜力 2 磁性氧化铁纳米材料在细胞分离方面的应用细胞分离技术的目的 是快速获得所需目标细胞 传统细胞分离技术主要根据细胞的大小 形态以及密度的差异进行 分离 如采用微滤 超滤以及超离心等方法