磁性纳米材料：化学合成、功能化与生物医学应用

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1、磁性纳米材料：化学合成、功能化与生物医学应用　　在纳米技术不断发展的过程中，磁性纳米材料以其独特的生物特性和化学特性获得了广泛的应用，粒径在20nm以下的磁性从纳米材料表现出超顺磁性，在外磁场的作用下纳米材料被磁化，形成相互作用力，磁场小时候，纳米材料恢复原有的特性，因此纳米材料具有一定的可操控性，可以应用于生物分离、生物检测和药物传输中。近年来对磁性纳米材料的制备技术进行了深入研究，材料的发展也十分迅速。本文分别以金属还原法、配体叠加法和磁共振成像应用探究了磁性纳米材料的化学合成、功能化和生物医学应用。　　1金属还原法应用于材料的化学合成　　应用稳定的表面活性剂还原出金属盐，可以制备

2、出磁性纳米材料。金属还原法应用过程中，需要借助十分稳定的前驱体，例如金属氯化物、硝酸盐和氧化物等，为了保证反应的顺利进行，必须在其中加入强力的还原剂，常用的还原剂有硼氢化钠、多元醇和氢气等[1]。　　金属还原法有两种，即水相法和有机相法。子啊水相法中，一般应用硼氢化钠作为重要的还原剂，加强反应的均匀性，保证产物的粒径和质量均匀。例如，为了在水溶液中得到稳定的贴纳米材料颗粒，表面活性剂可以选择聚乙烯吡咯烷酮，在较低的温度下制备，反应方程式如下：　　这种应用过程在中为了避免颗粒团聚，必须加入表面活性剂，但是得到分散的磁性纳米材料面临一定的困难。为了制备更好的单分散性磁性纳米材料，一般见贵金

3、属还原法应用于有机溶液中。例如应用三乙基硼氢化锂从辛醚中制备CoCl2，之后借助油酸和三辛基膦的共同作用，得到单分散的纳米颗粒。短链的表面活性剂将会促进晶核的生长，长链的表面活性剂抑制晶核生长，为了控制纳米颗粒的尺寸，可以调节短链和长链的比例。另外，在聚乙烯吡咯烷酮存在的条件下，在300℃环境中加热氯化钐的Co的四联盟甘醇溶液，制备出SmCo5硬磁合金，还可以得到刀片状的纳米棒。总之，金属还原法是磁性纳米材料化学合成的重要方法。　　2配体叠加法应用于材料的表面功能化　　为了实现磁性纳米材料在生物医学领域的推广和应用，需要保证材料表面暴露出可以利用的官能团，促进生物活性集团的偶联，只有通

4、过纳米材料的表面功能化实现高水溶性，加快生物相容。目前有很多方法均可以实现磁性纳米材料的水溶性和生物相容性，但是合成的纳米材料颗粒很难控制粒径的大小，尺寸过大将会直接影响材料的磁学性能，材料的应用受到阻碍。为了实现对材料尺寸的控制，有机相法成为生物医学领域内磁性纳米材料制备的重要方法，制备过程中应用了疏水性表面活性剂，一般都需要进一步表面修饰，现以配体叠加法为例，探究磁性纳米材料的表面修饰。　　配体叠加法应用过程中，主要借助可靠的吸附性吸附亲水性分子，亲水性分子中包含疏水基团和亲水基团。疏水基团中的碳氢长链可以和磁性纳米材料的表面活性剂相互连接，在材料的表面构建成双分子层，保证亲水基团

5、充分暴露在水相环境中，保证纳米材料颗粒可以十分稳定地分散在水溶液中。亲水性分子中的亲水基团主要分为离子型和非离子型，目前较为常用的非离子型亲水性物质为聚乙二醇[2]。　　配体叠加法首先被应用于亲水性量子点的制备，之后被应用于水溶性磁性纳米材料颗粒的制备中，例如将磷脂聚乙二醇应用于空心氧化锰纳米颗粒中，与颗粒表面的油酸相互作用，实现纳米颗粒向水相的转换。另外，嵌段共聚物也被广泛应用于配体叠加纳米材料表面功能化中，例如十四烷基膦酸二乙酯、聚苯乙烯-聚丙烯酸的嵌段共聚物，在氧化锰纳米材料表面应用聚乙酰亚胺进行修饰，制备出水溶性较高的纳米颗粒，目前该纳米颗粒已被广泛应用于磁共振成像。另外，蛋白

6、质和多肽物质也可以实现配体叠加式的表面功能化，例如氨基酸聚合物、聚赖氨酸等。在提高纳米材料水溶性的同时，可以在亲水基团中引入氨基和羧基，为纳米材料的生物功能化奠定坚实的基础。　　3磁性纳米材料应用于磁共振成像　　磁性纳米材料凭借独特的物理和化学性质被应用于生物医学领域，例如，磁响应特性可以在磁靶向治疗、生物分离和磁控治疗过程中得到应用，另外磁性纳米材料可以制作磁共振成像的造影剂，也可以作为重要的热疗介质被应用癌症治疗，以下重点分析磁性纳米材料在磁共振成像中的应用。　　磁共振成像是近代生物医学领域中应用的最重要的非损伤性成像手段，在采集人体丰富水信号的同时，对大部分组织器官进行高分辨率成

7、像，组织器官内的水含量、水分子中质子的弛豫时间将直接影响到磁共振信号的强弱，与X射线和CT相比，磁共振成像技术具有更高分辨率，也避免了因放射引起的电离损伤[3]。　　磁共振造影剂可以缩短水质子在外加磁场中的共振时间，进一步增强与周围信号的差异性，提高成像的对比度和清晰度，改变局部水质子的弛豫速率，在延长质子弛豫时间的同时，可靠地检测出正常组织器官和病变组织器官的差异性。　　Fe3O4等金属氧化物磁性纳米材料是常用的磁共振造影剂，例如应用磷脂聚乙