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技術文章

磁性納米顆粒的具體應用及性質

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  磁性納米顆粒在生物醫學方面的應用主要分為兩大類:體外應用主要包括分離純化、磁性轉染、免疫分析、催化、Magnetorelaxometry、固相萃取等。體內應用可大致分為治療和診斷兩類,治療方面的應用如熱療和磁靶向藥物(targeted medicine),診斷方面的應用如核磁共振成像(NuclearMagentic Resonance, NMR)。
 
  磁性納米顆粒的具體應用:
 
  磁性納米顆粒有一系列*而優越的物理和化學性質。隨著合成技術的發展,已成功生產出一系列形狀可控、穩定性好、單分散的磁性納米顆粒。
 
  磁性納米顆粒具有的磁性使其易于進行富集和分離,或進行定向移動定位。磁效應由具有質量和電荷的顆粒運動形成。這些顆粒包括電子、質子、帶正電和負電的離子等。帶電顆粒旋轉產生磁偶極,即磁子。磁疇指一個體積的鐵磁材料中所有磁子在交換力的作用下以同一方向排列。這個概念將鐵磁與順磁區別開來。
 
  鐵磁性材料有自發磁化強度,在無外加磁場時,也具有磁性。鐵磁材料的磁疇結構決定磁性行為對尺寸大小的依賴性。當鐵磁材料的體積低于某個臨界值時,即成為單磁疇。這個臨界值與材料的本征屬性有關,一般在幾十納米左右。較小顆粒的磁性來源于基于鐵磁材料磁疇結構的尺寸效應。這個結論的假設是鐵磁顆粒在具有較低自由能的狀態對小于某個臨界值的顆粒有均勻的磁性,而對較大顆粒的磁性不均勻。前者較小顆粒稱為單磁疇顆粒,后者較大的顆粒稱為多磁疇顆粒。
 
  當單磁疇顆粒的直徑比臨界值更進一步降低,矯頑力變成零,這樣的顆粒即成為超順磁。超順磁由熱效應造成。超順磁納米粒子在外加磁場作用下具有磁性,而在外加磁場移除后不具有磁性。在生物體內,超順磁顆粒只在有外加磁場時具有磁性,這使得它們在生物體內環境中具有*優點。鐵、鈷、鎳等晶體材料都有鐵磁性,但由于氧化鐵磁鐵(Fe3O4)是地球上天然礦物中較具磁性的,且生物安全性高(鈷和鎳等材料具有生物毒性),因而在多種生物醫學應用中,超順磁形式的氧化鐵磁性納米顆粒較常見。
 
  鐵磁流體(磁流體)是在外加磁場作用下變得具有很強磁性的液體,它是既具有磁性又具有流動性的新型功能材料。鐵磁流體是由納米級的鐵磁或亞鐵磁構成的膠體溶液,顆粒懸浮于載體溶液中,載體溶液通常為有機溶劑或水。納米顆粒完全被表面活性劑包裹以防止聚合成團。鐵磁流體通常在無外加磁場時不保持磁性,因而被歸類為超順磁。鐵磁流體中的納米粒子在正常條件下由于熱運動不發生沉降。
 
  球形顆粒的磁性納米顆粒的比表面積(表面積與體積之比)與直徑成反比。對于直徑小于0.1um的顆粒,其表面原子的百分數急劇增大,此時表面效應顯著。顆粒直徑減小,比表面積顯著增大,同時表面原子數迅速增加。當粒徑為1nm時表面原子數為完整晶粒原子總數的99%,此時構成納米粒子的幾乎所有原子都分布在表面上,在表面原子周圍形成很多懸空鍵,具有不飽和性,易與其他原子結合形成穩定結構,表現出高化學活性。因此,固定目標分子/原子效率高。
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