纳米氧化铁在医学上的应用

1、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： 材 化 1 0 1 学 号： 1008110045 学生姓名： 谢 敏 露 2012 年 12 月 17 日 化学信息学论文（设计）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。论文（设计）作者签名： 日 期： I 化学信息学论文（设计） 目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc19584 摘

2、要III HYPERLINK l _Toc12563 AbstractIV HYPERLINK l _Toc8697 第一章 前 言 PAGEREF _Toc8697 1 HYPERLINK l _Toc30227 1.1 纳米氧化铁 PAGEREF _Toc30227 1 HYPERLINK l _Toc15694 1.1.1 纳米氧化铁的概述 PAGEREF _Toc15694 1 HYPERLINK l _Toc13621 1.1.2 纳米材料的应用前景 PAGEREF _Toc13621 2 HYPERLINK l _Toc23596 第二章 纳米氧化铁的种类及性质和表征 PAGERE

3、F _Toc23596 5 HYPERLINK l _Toc5366 2.1 纳米氧化铁的种类 PAGEREF _Toc5366 5 HYPERLINK l _Toc5240 2.2 纳米氧化铁的特性 PAGEREF _Toc5240 6 HYPERLINK l _Toc16258 2.2.1 热学特性 PAGEREF _Toc16258 6 HYPERLINK l _Toc3109 2.2.2 磁学特性 PAGEREF _Toc3109 6 HYPERLINK l _Toc7594 2.2.3 力学特性 PAGEREF _Toc7594 7 HYPERLINK l _Toc8382 2.2.

4、4 电学特性 PAGEREF _Toc8382 7 HYPERLINK l _Toc22214 2.3 纳米氧化铁材料的表征 PAGEREF _Toc22214 7 HYPERLINK l _Toc1106 2.3.1 量子尺寸效应 PAGEREF _Toc1106 7 HYPERLINK l _Toc9335 2.3.2 小尺寸效应（体积效应） PAGEREF _Toc9335 8 HYPERLINK l _Toc17052 2.3.3 表面效应（界面效应） PAGEREF _Toc17052 8 HYPERLINK l _Toc16800 2.3.4 宏观粒子隧道效应 PAGEREF _T

5、oc16800 8 HYPERLINK l _Toc30884 第三章 纳米氧化铁的制备 PAGEREF _Toc30884 9 HYPERLINK l _Toc13849 3.1 化学制备方法 PAGEREF _Toc13849 9 HYPERLINK l _Toc6698 3.1.1 共沉淀法 PAGEREF _Toc6698 9 HYPERLINK l _Toc3290 3.1.2 水解法 PAGEREF _Toc3290 10 HYPERLINK l _Toc15252 3.1.3 凝胶 - 溶胶法 PAGEREF _Toc15252 10 HYPERLINK l _Toc12473

6、3.1.4 微乳胶法 PAGEREF _Toc12473 11 HYPERLINK l _Toc19520 3.1.5 附着法 PAGEREF _Toc19520 11 HYPERLINK l _Toc19446 3.2 物理制备方法 PAGEREF _Toc19446 12 HYPERLINK l _Toc19556 3.2.1 金属丝脉冲电流法 PAGEREF _Toc19556 12 HYPERLINK l _Toc10524 3.2.2 激光烧光浊法 PAGEREF _Toc10524 13II 化学信息学论文（设计） HYPERLINK l _Toc8925 3.2.3 物理粉碎法

7、PAGEREF _Toc8925 14 HYPERLINK l _Toc18441 第四章 纳米氧化铁在医学上的应用 PAGEREF _Toc18441 15 HYPERLINK l _Toc6823 4.1 在核磁共振中应用 PAGEREF _Toc6823 15 HYPERLINK l _Toc12315 4.2 纳米氧化铁在定向药物中的作用 PAGEREF _Toc12315 16 HYPERLINK l _Toc3274 4.3 磁性纳米氧化铁在生物分离与生物检测中的应用 PAGEREF _Toc3274 16 HYPERLINK l _Toc4301 4.3.1 磁性纳米氧化铁在生物

8、分离中的应用 PAGEREF _Toc4301 16 HYPERLINK l _Toc8963 4.3.2 磁性纳米氧化铁在生物检测中中的应用 PAGEREF _Toc8963 17 HYPERLINK l _Toc3155 4.4 磁性纳米氧化铁在肿瘤治疗中的应用 PAGEREF _Toc3155 18 HYPERLINK l _Toc16506 4.4.1 磁性纳米材料介导靶向化学药物治疗 PAGEREF _Toc16506 18 HYPERLINK l _Toc9201 4.4.2 肿瘤的热疗 PAGEREF _Toc9201 18 HYPERLINK l _Toc18742 4.4.3

9、 肿瘤的化疗 PAGEREF _Toc18742 19 HYPERLINK l _Toc15389 第五章 总结与展望 PAGEREF _Toc15389 20 HYPERLINK l _Toc1589 5.1 总结 PAGEREF _Toc1589 20 HYPERLINK l _Toc7859 5.2 展望 PAGEREF _Toc7859 20 HYPERLINK l _Toc4951 参考文献 PAGEREF _Toc4951 22 HYPERLINK l _Toc21441 致 谢 PAGEREF _Toc21441 24III 化学信息学论文（设计） 纳米氧化铁在医学上的应用 摘

10、要 纳米氧化铁粒子是一种新型的磁功能材料，被广泛的应用于生物、医学以及材料环境等纵多的领域。 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、

11、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。 IV 化学信息学论文（设计） Nanometre Iron Oxide In Medical Application AbstractNano iron oxide particles is a new type of magnetic functional material, was widely used in biology, medicine and material environment so many fields. This p

12、aper introduces the characteristics and types of iron oxide nanoparticles, imagery, prepared by various methods; the nanometer iron oxide particles in the cell, protein and nucleic acid separation and biological detection, tumor hyperthermia, gene engineering. Nano iron oxide materials due to their

13、unique magnetic properties, such as superparamagnetic and high coercive force, in biological separation and detection showed wide application prospect. At the same time, nano iron oxide particles with small size effect, good magnetic orientation, biocompatibility, biodegradability and active functio

14、nal groups and other characteristics, in magnetic resonance imaging, targeted drugs, enzyme immobilization, immunoassay and other biomedical applications to demonstrate the potential application prospect. Due to their high specific surface area, strong propensity for aggregation of magnetic nanopart

15、icles, surface modification in particular, the modified particles into the target agent, drug molecules, antibodies, fluorescein and other biological molecules, can improve the dispersion stability and biocompatibility, in order to achieve a particular biomedical application. Keywords: Nano iron oxi

16、de particles, preparation, biological separation, hyperthermia. 第 页第 页 化学信息学论文（设计）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（）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

17、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（1100nm）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2050nm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

18、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（，）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

19、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

20、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2001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

21、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2001 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

22、业结合,将科研成果迅速推向市场。2. 我国纳米科技研究的现状 我国纳米产业正蓬勃发展,据2001 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

23、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

24、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3 750亿美元,预计到2010 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2005 年,日本的纳米技术市场将达到8 万亿日元,到2010 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

25、,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。 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（、)、（、）、等。较使用价值的有：、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

26、 主要组成 颜色密度（.) 形状 磁性 晶系晶格常数（) 结构 黄色 4.264 针状纺锤长片 反磁性 斜方a=4.64 b=10.0c=3.03 基本六角密堆积金黄色 4.738针状纺锤 反磁性 四角a=10.48 b=3.032 类似于 无 4.395 长片状 反磁性 斜方 a=3.88 b=12.54 c=3.07立方密堆积棕色4.432六角片状 亚磁性 六角a=2.941 b=4.49 不规则结构红色 5.24球状或纺锤状铁磁性三角 a=5.034 c=13.749 铁太石型结构 无 4.6 针状或纺锤状亚铁磁性 立方a=8.334 c=25.002 阳离子缺位的尖晶结构2.2 纳米氧

27、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

28、计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55/,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1.77/.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般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增值不

29、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

30、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年代就采用电子模型给出了决定能级间距的著名公式，其中为能级间距，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

31、。例如，特异的光催化性、 高光学非线性及电学特性等。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

32、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：=或=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

33、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。 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

34、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： 通常把和的硫酸盐或氯化物溶液以物质量比2:3的比例混合后，用过量的或在一定的温度和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.林本兰等2 将和按物质量比为1:2的比例混合放入烧瓶中，加入200蒸馏水，温度控制在（301)下，强烈搅拌并缓慢滴加0.4/的至=9，将溶液高温恒温水浴晶化一定的时间。反应结束晶体粒径经沉淀、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

35、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值，然后升温同氢，在氧化的同时产生脱水，一步制得。机理如下： 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。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。在丙醛溶液中，

36、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。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，如果加长时间就会生成。3.1.3 凝胶 - 溶胶法主要机理如下： 在碱性条件下形成，要经过两个相转化步骤 （I)在反应初期，助长剂首先完全与络合 （II)其中表示晶体助长剂，助长剂的浓度增加，使得自由浓度降低，从而减慢了相转化速度。随着反应（I)的进行，自由的转化导致晶核形成，同时使得反应（II)的平衡向左移，释放出的的继续转化导致晶核长大，而游离的助长剂即被晶核结合吸附，使长成一定的晶形，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的磁粉。

37、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。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

38、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/微乳体系，使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 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，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Eu 的表面合成了均一的纳米微粒。步骤(1)合成纳米：先把 溶于软化水中，再中入 和，把pH值调为6. 0，然后

39、在90 加热1h得到一黑色悬浮液，其中就含。把这个溶液滴加在含有: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。主要机理： (a) (b) 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50的Fe 纳米粉。85%的颗粒粒径分布在5090之间，透射电镜的显微图象表明样品表面有23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

40、冲电流法装置示意图Fig2:.Experimental setup of pulsed wire discharge evaporation3.2.2 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。 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20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

41、敏等8还发现进入纳米尺寸后出现了很多新的光谱吸收带，与普通相比纳米粉在紫外、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83.2.3 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28

42、0400 内用氢气还原，低温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。 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 assisted tomography，CT)。

43、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()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

44、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3 T1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

45、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。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DNAS

46、E- I 消化的作用。1050nm的 的磁性粒子表面包覆甲基丙烯酸, 尺寸为200 nm, 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

47、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

48、，对于具有6His标签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/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BSA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86 mg/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。这些方法操作简单，但是特异性差，而且存在纯度不高、制备量偏小、影响细胞活性等缺点，因此未能

49、被广泛地用于细胞的纯化研究。近年来，随着对磁性纳米粒子研究的深入，人们开始利用磁性纳米粒子来分离细胞。如磁性氧化铁纳米粒子在其表面接上具有生物活性的吸附剂或配体（如抗体、荧光物质、外源凝结素等），利用它们与目标细胞的特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类以及对其种类、数量分布进行研究。4.3.2 磁性纳米氧化铁在生物检测中中的应用 磁性氧化铁纳米粒子因其特有的磁导向性、小尺寸效应及其偶联基团的活性，兼有分离和富集地作用，使其在生物检测领域有广泛的应用。当检测目标为低含量的蛋白分子时，不能通过聚合酶链反应（PCR）对其信号进行放大，而磁微球与有机染料或量子点荧光微球结合可以对某些特异性蛋

50、白、细胞因子、抗原和核酸等进行多元化检测，实现信号放大的作用。Yang13等采用一对分子探针分别连接荧光光学条码（彩色）和磁珠（棕色），对DNA（顶端镶板）和蛋白质（底截镶板）生物分子进行目标分析。如果目标DNA序列或蛋白存在，它将与两个磁珠结合一起，形成了一个三明治结构，经过磁选，光学条码可以在单磁珠识别目标水平下，通过分光光度计或是在流式细胞仪读出。通过此方法检测目标分子是基于数百万个荧光基团组成的微米尺寸光学条码信号的扩增而检测出来，其基因和蛋白的检出限可达到/量级，甚至更低。4.4 磁性纳米氧化铁在肿瘤治疗中的应用4.4.1 磁性纳米材料介导靶向化学药物治疗 传统化学治疗的最大弊端就是

51、其相对非特异性，服用的治疗药物广泛分布到全身各个系统结果导致 了显著的副作用：药物不仅攻击肿瘤细胞而且也攻击正常的组织细胞14-15。这些副作用导致长时间服用此类药物的困难，但如果这些药物的作用位点能够被定 位，那么此类药物在人体的长期应用将变得可能。 目前认为渗漏、组织结构缺陷和淋巴系统受损是肿瘤组织快速的血管化的主要原4点导致了磁性纳米材料在肿瘤部位的浓集。经过表面修饰使其逃避RES吞噬作用成了研究的重点，研究表明纳米材料粒径小于 100 并且表面被亲水性基团修饰是避免被RES清除的有效途径，有实验证明经过PEG、帕洛沙敏、环糊精修饰过的纳米粒能明显单核巨噬细胞系统（MPS）的 吞噬作用，

52、研究表明由于这些表面修饰的存在，改变的纳米载体表面构型和电荷分布，导致调理蛋白不易附着，从而减低了MPS的吞噬作用。而与亲水基团共价交 联两性分子如聚乙酸内酯，聚乳酸等这样可以避免团聚效应与血细胞受体结合16。最近 Pankhurst 等17首先在老鼠骨肉瘤 (osteosarcoma)部位植入一块永久磁铁 , 然后通过磁性阿霉素脂质体释放细胞毒素药物 ( ) 治疗肿瘤 , 结果表明骨肉瘤部位的药物浓度是非磁控区药物浓度的 4 倍，而且药物的抗肿瘤活性也大大提高。4.4.2 肿瘤的热疗 肿瘤热疗是肿瘤治疗技术中的一个非常重要的方法。磁粒用于肿瘤热疗(磁致热疗)治疗癌症是因 为磁粒在磁场的引导下

53、, 可靶向病变部位, 同时在交变磁场的作用下,磁滞后效应(magnetic hysteresiseffects) 而产生热量将富有磁粒的肿瘤部位加热到4348之间, 选择性杀死癌细胞同时又不伤害正常细胞。该方面有所进展的例子是A.Jordan 博士领导的研究团队发现用糖衣包裹氧化铁粒子伪装后, 可以成功逃过人体免疫细胞的攻击而安然进入肿瘤组织内, 加上交换磁场, 在维持治疗部位4547的温度下, 氧化铁粒子便可杀死肿瘤细胞, 临近的健康组织却不受到明显影响。Kouji Tanaka18结合细胞免疫技术采用磁性阳离子脂质体对小鼠的瘤灶进行热疗, 能使小鼠75%的瘤块消退。ManfredJohan

54、nsen 等19把磁流体热疗与放疗结合起来对移植性前列腺癌的哥本哈根Copenhagen 老鼠模型进行实验, 发现在第一个疗程, 热疗温度可达到42.758.7两个疗程后, 与对照组比较, 抑制肿瘤增生87.5%89.2%。颜士岩等20采用Fe2O3 纳米磁流体对荷瘤鼠热疗, 实验显示纳米磁流体21热疗对肝癌的体积和质量有明显的抑制作用。4.4.3 肿瘤的化疗 肿瘤化疗也是肿瘤治疗技术中的一个重要方面。但因大数多肿瘤药物具有很大的毒副作用, 且存在明显的疗效一剂量依赖关系。因此, 为提高局部的药物浓度, 减少全身毒性反应, 人们开始考虑磁靶向给药途径。摄载药物的磁纳米载体在外加磁场的作用下定向

55、于特定部位, 再把药物释放出来。这就改变了药物在肿瘤组织与非肿瘤组织的分布, 使体内蓄积毒性降低, 使治疗部位的药物浓度明显提高, 更大的发挥化疗药物杀伤癌细胞的作用。Christoph Alexioud 等22通过实验发现米托蒽醌磁性纳米粒子靶向到兔子体内的病变部位后, 所释放的药物分子浓度远远大于常规治疗方案的药物浓度。龚连生等22把磁性阿霉素白蛋白纳米粒注射入移植性肝癌模型的大鼠肝动脉, 并在肝肿瘤区外加磁场,实验结果显示大片肿瘤组织坏死, 说明磁性阿霉素白蛋白纳米粒具有强大的抗肿瘤作用。 第五章 总结与展望 5.1 总结 纳米氧化铁作为一种重要的化工原料，可广泛用于建筑材料、催化剂、功

56、能陶瓷等工业中。从世界范围内来看，氧化铁的消费量不断增加，其中70是合成氧化铁，30来自天然氧化铁。随着科技的发展和社会的进步，对铁氧化物的品质、制备工艺和规模提出了越来越高的要求。因此，探索适合时代要求和生产规模的铁氧化物制备的新途径，特别是无污染、低能耗、高产率的制备新途径，一直是科学工作者追求的目。 本文主要介绍了纳米氧化铁的概述和发展的前景，纳米氧化铁作为一种新型的纳米材料，有其不可代替的功能和结构作用，纳米氧化铁的各种制备方法及医学方面的应用是极其重要的。 随着纳米技术的迅速 HYPERLINK /fazhan/ 发展，磁性氧化铁纳米粒子的开发及其在生物医学、生物分析、生物检测等领域

57、的潜在应用已经越来越受到重视，但同时也面临很多挑战和问题。（1）构建并制备尺寸小、粒径均一、分散性和生物相容性好及催化性能高的多功能磁性纳米粒子；（2）根据被检测生物分子的特点设计多功能磁性氧化铁纳米粒子，实现高灵敏度、特异性检测；（3）利用纳米氧化铁颗粒作为分子探针进行实时、在线、原位、活体和细胞内生物分子的检测。这些问题不仅是纳米材料在生物分子检测领域应用需要解决的难点，也是目前其进行生物分子检测研究的热点和重点。5.2 展望 纳米氧化铁不仅具有纳米材料的优异性能、广泛的用途，而且成本低。随着材料科学技术的不断发展和对合成新材料的迫切要求，纳米氧化铁的制备方法也在不断推陈出新，各种方法不断

58、交叉、渗透、取长补短，制备出性能优异的纳米氧化铁颗粒。然而，如何提高超细粒子的分散性和改善粒子表面性能仍然是材料科技工作者关注的焦点。为了适于工业化生产，如何降低纳米氧化铁的制备成本，制备出粒径可控、粒径均匀的纳米氧化铁颗粒，是材料科技工作者未来的主要任务。 纳米磁性颗粒在生物和医学，尤其是在造影技术方面已经得到了广泛应用。随着高科技的迅速发展和对合成新材料的迫切需要，SPIO的开发、研究和应用已受到高度重视。纳米 颗粒粒径小，具有很大的比表面积，且本身又具有磁性，存在永久性的团聚作用，因此，制备颗粒尺寸均匀可控的Fes 04、开发分散性好的多功能磁性材料仍是今后研究的热点。尤其是小粒径的us

59、P10，具有自由出入毛细血管壁间缝隙，靶向性高，同时减少丁T1和T2等特点，更受重广泛的重视。 参考文献1 齐卫宏、汪明朴 纳米金属微粒表征量的基本材料导报 2002年9月第16卷 第9期：7677 2 林本兰,沈晓冬,崔升. 纳米四氧化三铁磁性微粒的表面有机改性 J . 无机盐工业, 2006, 38 (3) : 19 - 21.3 Kominami ,hiroshi etal,Adv. Sci . Technol (Faenza , Ita/ y/ ,1999 ,14 (Ceramics :Getting intothe 2000s ，pt ，B) ,131 138.4 刘静波,王智明,谷林夫,等. 功能材料,1998 ,29 (2) :14