磁性纳米颗粒及其应用概要22页PPT
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[整理]四氧化三铁磁性纳米粒子-(1)概要PPT课件
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二、Fe3O4的结构和性质
纯净的四氧化三铁 是黑色固体(图1.1), 因为其特殊的晶体结 构以及Fe元素作为过 渡金屈元素所具有的 特性,故而具有磁性。
在固定反应温度为80℃,Fe3+/Fe2+摩尔比为1:1,搅拌速 度为1000 r/min,沉淀pH为9~10,分析了总铁盐的浓度 对产物尺寸的影响。
表4 反应温度
溶液中铁盐溶液浓度为0.25mol/L,沉淀pH为9~10,Fe2+ 和Fe3+摩尔比为1:1的条件下,温度为80 ℃，考察了搅 拌速度对产物尺寸的影响。
表5 搅拌速度
2：溶胶凝胶法
表面覆盖了Fe3O4壳的C@Fe3O4芯壳纳米纤维
四、Fe3O4磁性纳米粒子的应用
四氧化 三铁磁 性纳米 粒子
3.1实验原理
Fe2+的外层电子排布为3d64s04p0,Fe3+的外层电子排布为3d54s04p0,在纳 米Fe3O4的内部,存在很多Fe2+和Fe3+,它们的4s和4p都是空轨道。尽管与 槲皮素形成了配位,但多余的空轨道仍可与多巴胺中的具有sp3电子对的N 电子进一步形成配位键。
5.2 制备
取15mL去离子水,加入40mg多巴胺盐酸盐配成溶液, 与10mL浓度为10mM的三羟甲基氨基甲烧溶液充分混 合后,加入20mL乙醇,将20mgFe3O4-槲皮素复合纳米粒 子加入其中,超声分散10min,搅拌20h,产物用强力磁 铁进行分离后,以去离子水冲洗多次直至洗液的pH为 7,再以无水乙醇洗漆,最后真空干燥后研磨。
Fe3O4产生化学键合。另外产物与Fe3O4 相比,590cm-1处的Fe3O4特征吸收减弱 很大,也证明了表面连接了槲皮素而
图14 Fe3O4-槲皮素复合纳米粒子的红外光谱 图
磁纳米颗粒
三 医学应用
磁靶向药物 细胞分离和免疫分析 磁性纳米颗粒对蛋白的吸附及固定化 基因治疗
1磁靶向药物
用生物高分子如氨基酸、多肽、蛋白、酶等 包裹生物相溶性和散单分性好的无机磁性纳 米颗粒,再与药物结合制成载药分子,在外加磁 场作用下,通过磁纳米颗粒的磁性导向性使药 物准确作用于病变部位,增强对病变组织的靶 向行,降低对正常组织细胞的 伤害.
3 对蛋白酶的吸附及固定化
酶具有- COOH、- OH、- NH2 等活性官能团, 可通 过物理吸附、交联、共价偶合、包埋、鳌合等方式 和磁性微球结合, 具体实施法有吸附交联法、共价 结合、过渡金属与酶的螯合、包埋法和共价键偶合 法等。磁性纳米颗粒固定化酶能提高酶的生物兼容 性和免疫活性、亲疏水性和稳定性; 易于将酶与底 物或产物分离、操作简单易行; 可利用外部磁场控 制磁性材料固定化酶的运动方式和方向, 提高固定米颗粒粒径比毛细血 管还小1-2个数量级 在外加磁场的作用下靶向能力更加优越,定点 滞留作用强 载药磁性纳米颗粒对机体无毒害作用,可通过 人体肝脾自然排泄 通过控制磁性纳米颗粒形成的细微结构可以 达到对药物的控释作用
2 细胞分离和免疫分析
磁性纳米颗粒性能稳定,较易制备,可与多种分 子复合,使表面功能化.如果磁性表面镶嵌具有 生物活性专一性抗体,在外加磁场的作用下,利 用抗原抗体的特异性结合,就可以得到免疫磁 性颗粒,利用它们可快速有效的将细胞分离或 进行免疫分析,具有特异性高,分离快,重现性 好等特点.
磁性纳米材料通过磁导向作用解决了因靶部 位载体浓度不足而引起的转染效率问题 DCIONP(一种外包葡萄糖的磁性四氧化三铁 颗粒)可以在一定PH值下,保护目的DNA不被 水解 是非生物材料,不会引起免疫反应 可介导外源基因的整和,以长期表达
纳米磁性材料ppt课件
3. 1988年，法国巴黎大学教授研究组首先在Fe/Cr纳米结构的多 层膜中发现了巨磁电阻效应，引起国际上的反响。此后，美国、 日本和西欧都对发展巨磁电阻材料及其在高技术中的应用投入很 大的力量，兴起纳米磁性材料的开发应用热。1988年，由非晶态 FeSiB退火通过掺杂Cu和Nb控制晶粒，获得了新型的纳米晶软磁材 料； 4. 1988年，人们发现了磁性多层膜的巨磁电阻效应，并由此产生 一门新兴学科：自旋电子学。 5. 1993年，人们通过理论研究发现，纳米级的软磁和硬磁颗粒复 合将综合软磁Ms高，硬磁Hc高的优点获得磁能积比现有最好NdFeB 高一倍的新型纳米硬磁材料。 6. 进人21世纪以来，利用模板生长一维磁性纳米丝的研究很活跃， 材料包括单一金属、合金、化合物、多层材料、复合材料等，应 用目标也从存储介质到细胞分离，多种多样。
（4）生成磁性液体的必要条件 生成磁性液体的必要条件是强磁性颗粒要足够小，
在致可以削弱磁偶极矩之间的静磁作用，能在基液中作无 规则的热运动。基液包括：水基、煤油基、短基、二醋基、 聚苯基、硅油基、氟碳基等。
（5）磁性液体的特点
在磁场作用下可以被磁化，可以在磁场作用下运动， 但同时它又是液体，具有液体的流动性。
二、纳米磁性材料的定义
纳米磁性材料是指材料尺寸限度 Nano Material
在纳米级，通常在1-100nm的准
0D
零维超细微粉，一维超细纤维
（丝）或二维超薄膜或由它们组
成的固态或液态磁性材料。当传
1D
统固体材料经过科技手段被细化
到纳米级时，其表面和量子隧道
等
4、 磁性液体
（1）磁性液体的定义 磁性液体是由纳米磁性微粒包复一层长链的有机表
面活性剂，高度弥散于一定基液中，而构成稳定的具有 磁性的液体。其中磁性微粒尺寸通常小于10nm，呈超顺 磁性。
最新磁性材料及其应用概要精品课件
一、软磁材料(cáiliào) 1、性能特点
与MS平方成正比；与K1和λS成反比；与
起始(qǐ shǐ)磁导率高 内应力σ和杂质浓度β成反比
矫顽力HC 小
降低HC的方法与提高μi的方法相一致
饱和(bǎohé)磁感应强度MS 高
调节配方作用下，这类材料非常容易磁化，而 取消磁场后又很容易去磁。
第三十页，共34页。
磁液密封(mìfēng)
特点(tèdiǎn)： 不泄漏，可耐高真空； 耐高速旋转； 无机械磨损，寿命长； 发热量小
第三十一页，共34页。
磁液扬声器
磁性液体： 对音圈的运动起一定(yīdìng)的阻尼作用， 并能使音圈自动定位， 同时音圈所产生的热量可以通过磁性液体耗散 。
第三十二页，共34页。
材料(cáiliào)的磁 学性能
第三节 磁性材料(cí xìnɡ cái liào)及其应用
第一页，共34页。
磁性材料(cí xìnɡ cái liào)的分类
其他功能 磁性材料
磁记录 材料
永磁 材料
磁性 材料
磁致伸缩 材料
磁致电阻 材料
软磁 材料
第二页，共34页。
强主 磁要 材 料
应 用 的
(zhǔyào)
• MnZn，NiZn， MgZn等尖晶石型铁 氧体 • Co2Y，Co2Z等平 面六角型铁氧体
第六页，共34页。
• 3d过渡金属（T） －非金属系 • 3d过渡金属（T） －金属系 • 过渡金属（T） －稀土类金属（R） 系
软磁材料(cáiliào)主要用于动力工程、高性能电子学、通信 技术、航空及空间技术等，来制造磁导体，增加磁路的磁通量， 降低磁阻。
涂布型磁带主要(zhǔyào)由带基和附着其上的磁性涂覆层构成。
纳米颗粒(课堂PPT)
27
白蛋白纳米球
28
(2)明胶纳米球
将W/ O 型乳状液中的明胶乳滴 冷却至胶凝点以下 用甲醛交联固化 可用于对热敏感的药物
29
明胶纳米球
将300 g/ L 的明胶溶液3 ml (含有1. 8mg 丝裂霉素) 在3 ml 芝麻油中乳化。
将形成的乳状液在冰浴中冷却,使明胶乳 滴完全胶凝,再用丙酮稀释,用50 nm 孔 径的滤膜滤过,弃去粒径较大的颗粒。
21
PACA纳米球
22
(2)聚甲基丙烯酸甲酯纳米球(囊)
聚合反应引发：γ射线辐射或化学引发剂(如过 硫酸钾)。 聚合物的平均分子量及纳米囊或纳米球的粒径 均随单体浓度的增大、引发剂浓度的降低及温 度的降低而增大。 制备PMMA纳米球时一般不加乳化剂，但加入 高分子保护胶体，如蛋白质可使粒径分布变窄。
(1)聚氰基丙烯酸烷基酯纳米球(囊)
聚合引发剂：水中OH-离子。 通常制得的聚合物平均分子量较低，纳米球软 且易粘连，需应用稳定剂，如右旋糖酐。 影响粒径的重要因素：溶液的pH值和单体的 浓度。 本法制得的纳米囊或纳米球中药物的收率在 15%~90%范围内，亲脂性药物收率较高。
16
PACA聚合反应
纳米球或纳米囊的粒径取决于溶剂蒸发 之前形成的乳滴的粒径
通过搅拌速率、分散剂的种类和用量、 有机相及水相的比例、粘度、容器及搅 拌器的形状和温度等因素可以调节纳米 球或纳米囊的粒径。
39
曲安奈德聚乳酸(PLA) 纳米粒
曲安奈德（皮肤抗炎用药）20 mg 与PLA 400 mg 溶于2 ml 氯仿中为油相,
30
明胶纳米球
用丙酮洗去纳米球( ≤50 nm) 上的油 加10 %甲醛的丙酮溶液30 ml 使纳米 球交联10 min 丙酮洗涤,干燥,即得单颗粒纳米球
白蛋白纳米球
28
(2)明胶纳米球
将W/ O 型乳状液中的明胶乳滴 冷却至胶凝点以下 用甲醛交联固化 可用于对热敏感的药物
29
明胶纳米球
将300 g/ L 的明胶溶液3 ml (含有1. 8mg 丝裂霉素) 在3 ml 芝麻油中乳化。
将形成的乳状液在冰浴中冷却,使明胶乳 滴完全胶凝,再用丙酮稀释,用50 nm 孔 径的滤膜滤过,弃去粒径较大的颗粒。
21
PACA纳米球
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(2)聚甲基丙烯酸甲酯纳米球(囊)
聚合反应引发：γ射线辐射或化学引发剂(如过 硫酸钾)。 聚合物的平均分子量及纳米囊或纳米球的粒径 均随单体浓度的增大、引发剂浓度的降低及温 度的降低而增大。 制备PMMA纳米球时一般不加乳化剂，但加入 高分子保护胶体，如蛋白质可使粒径分布变窄。
(1)聚氰基丙烯酸烷基酯纳米球(囊)
聚合引发剂：水中OH-离子。 通常制得的聚合物平均分子量较低，纳米球软 且易粘连，需应用稳定剂，如右旋糖酐。 影响粒径的重要因素：溶液的pH值和单体的 浓度。 本法制得的纳米囊或纳米球中药物的收率在 15%~90%范围内，亲脂性药物收率较高。
16
PACA聚合反应
纳米球或纳米囊的粒径取决于溶剂蒸发 之前形成的乳滴的粒径
通过搅拌速率、分散剂的种类和用量、 有机相及水相的比例、粘度、容器及搅 拌器的形状和温度等因素可以调节纳米 球或纳米囊的粒径。
39
曲安奈德聚乳酸(PLA) 纳米粒
曲安奈德（皮肤抗炎用药）20 mg 与PLA 400 mg 溶于2 ml 氯仿中为油相,
30
明胶纳米球
用丙酮洗去纳米球( ≤50 nm) 上的油 加10 %甲醛的丙酮溶液30 ml 使纳米 球交联10 min 丙酮洗涤,干燥,即得单颗粒纳米球
磁性纳米颗粒及其应用概要
种分子复合,使表面功能化。 如果磁性表面镶嵌具有生物活性专一性抗 体,在外疫磁性颗粒,利 用它们可快速有效的将细胞分离或进行免 疫分析。 具有特异性高,分离快,重现性好等特点。
6、 对蛋白酶的吸附及固定化
酶具有-
COOH、- OH、- NH2 等活性 官能团, 可通过物理吸附、交联、共 价偶合、包埋、鳌合等方式和磁性微 球结合。 具体实施法有吸附交联法、共价结合、 过渡金属与酶的螯合、包埋法和共价 键偶合法等。
二、磁性纳米颗粒的类型
磁性颗粒有三种类型，即 (1) 20世纪60年代出现的第一代铁氧 体颗粒
主要有γ-Fe2O3、MeFe2O4（Me＝ Co，Ni，Mn）和Fe3O4颗粒等。
磁性纳米颗粒的类型
(2)
80年代出现的金属型颗粒 主要有Fe、Co、Ni及其合金颗粒。
(3)
90年代出现的氮化铁颗粒。 Fe-N化合物主要有FeN、Fe2N、ε-Fe3N、 Fe16N2等。
磁性纳米颗粒固定化酶的优点
能提高酶的生物兼容性和免疫活性、亲
疏水性和稳定性; 易于将酶与底物或产物分离、操作简单 易行; 可利用外部磁场控制磁性材料固定化酶 的运动方式和方向, 提高固定化酶的催 化效率
Thank you!
各种形貌的磁性纳米颗粒
三、纳米磁性颗粒的制备
常用的方法：（P107） 辐射聚合法 热固化法 共沉淀法
四、磁性纳米颗粒的应用
在DNA分离纯化中的应用
磁靶向药物 在医学检测、诊断中的应用 基因治疗 细胞分离和免疫分析 磁性纳米颗粒对蛋白酶的吸附及固定化
1、在DNA分离纯化中的应用
特点：
磁性纳米材料通过磁导向作用解决了因
磁性纳米材料课件
周期有短周期 和长周期两种.
• 短周期约为费米波长的一半，即AF/2,与RKKY交换模型预期
的相同。
• 其基本特点是，4f电子是局 域的，6s电子是游动的，f电子
与s电子发生交换作用，使s电子极化，这个极化了的s电子
的自旋对f电子自旋取向有影响，结果形成以游动的s电子
为媒介，使磁性原子（或离子）中 局域的4f电子自旋与其
• 虽然交换耦合的机制问题目前还没有完全
清楚，交换耦合原理的应用研究方兴未艾
。 比如两种新型的磁记录材料，即交换耦
合复合介质（exchange coupled composite (
• 振荡交换耦合现象: 磁性多层膜的磁性层间可以通 过非磁
性金属层而交换耦合。
• 交换耦合随金层厚度作铁磁和反铁磁的振荡变化，此振荡
磁矩的时间平均值为零，系统表现出超顺磁性。
• 粒子要表现出超顺磁性的临界尺寸V。
• 对于T =100 K时K = 107J/m3的材料，当尺寸
为6. 3 nm时粒子的弛豫时间t=10-1s， 而尺
寸为6. 8 nm时，r=10 s；尺寸到7. 6 nm时r=
105s(即一天！）。由此可见，表现出超顺
• 超顺磁性的特征是矫顽力Hc0，磁化强度
为
• 对于超顺磁性粒子的胶体悬浊液，粒子间只有弱的静磁作
用和范德瓦尔斯力，热运动既可使粒子内磁化矢量克服磁
各向异性能的位垒而旋转，还可使粒子作整体运动，这就
是磁性液体。
• 热运动能kT使体积为V的粒子磁矩Ms越过各向异性常数为K
的势垒的几率为 p=exp(-KV/kBT)，即原来一致磁化的粒子集
• 在一定磁场下电阻急剧减小，为一般磁性物质之十余倍，
这种现象称为R磁电阻现象 (giant magnetoresistance，
• 短周期约为费米波长的一半，即AF/2,与RKKY交换模型预期
的相同。
• 其基本特点是，4f电子是局 域的，6s电子是游动的，f电子
与s电子发生交换作用，使s电子极化，这个极化了的s电子
的自旋对f电子自旋取向有影响，结果形成以游动的s电子
为媒介，使磁性原子（或离子）中 局域的4f电子自旋与其
• 虽然交换耦合的机制问题目前还没有完全
清楚，交换耦合原理的应用研究方兴未艾
。 比如两种新型的磁记录材料，即交换耦
合复合介质（exchange coupled composite (
• 振荡交换耦合现象: 磁性多层膜的磁性层间可以通 过非磁
性金属层而交换耦合。
• 交换耦合随金层厚度作铁磁和反铁磁的振荡变化，此振荡
磁矩的时间平均值为零，系统表现出超顺磁性。
• 粒子要表现出超顺磁性的临界尺寸V。
• 对于T =100 K时K = 107J/m3的材料，当尺寸
为6. 3 nm时粒子的弛豫时间t=10-1s， 而尺
寸为6. 8 nm时，r=10 s；尺寸到7. 6 nm时r=
105s(即一天！）。由此可见，表现出超顺
• 超顺磁性的特征是矫顽力Hc0，磁化强度
为
• 对于超顺磁性粒子的胶体悬浊液，粒子间只有弱的静磁作
用和范德瓦尔斯力，热运动既可使粒子内磁化矢量克服磁
各向异性能的位垒而旋转，还可使粒子作整体运动，这就
是磁性液体。
• 热运动能kT使体积为V的粒子磁矩Ms越过各向异性常数为K
的势垒的几率为 p=exp(-KV/kBT)，即原来一致磁化的粒子集
• 在一定磁场下电阻急剧减小，为一般磁性物质之十余倍，
这种现象称为R磁电阻现象 (giant magnetoresistance，
磁性材料的认识与应用(PPT)教学资料
磁铁氧体6 万吨、永磁铁氧体8 万吨、钕铁硼磁体2000 吨。
总之, 从市场发展看, 中国长期在全球磁 性材料市场发展前景是乐观的。
六
1.磁材行业经过“七·五”、“八·五”技术改造, 不少厂家引进了 美、日、德、意等国先进生产线或生产线关键设备, 大都取得了
、
较好的经济效益和社会效益, 但个别单位受骗上当, 交了学费, 尤 其是二手设备的引进, 容易失误。
（1） 铁硅合金： 最常用的软磁材料， 常用作低频变压器、 发电机的铁芯；
铁硅合金
低频变压器
（2）铁镍合金：典型代表材料为坡莫合金，具有高 的磁导率（磁导率μ为铁硅合金的10~20倍）、低的损 耗；并且在弱磁场中具有高的磁导率和低的矫顽力， 但力学性能不太好，通常应用于电子材料；
坡莫合金
电压互感器
最大磁能积：最大磁能积是退磁曲线上磁感应强度（B）和磁场强度 乘积（H）的最大值。这个值越大，说明单位体积内存储的磁能越大， 材料的性能越好。
四、磁性材料的应用
1.永磁材料
永磁材料经磁化后，去除外磁场仍保留磁性，其 性能特点是具有高的剩磁、高的矫顽力。永磁材料包 括铁氧体和金属永磁材料两类。
铁氧体的用量大、应用广泛、价格低，但磁性能 一般，用于一般要求的永磁体。金属永磁材料中钕铁 硼（Nb-Fe-B）稀土永磁，钕铁硼磁体不仅性能优， 而且不含稀缺元素钴，作为稀土永磁材料发展的最新 结果，由于其优异的磁性能而被称为“磁王”。
磁化电流，以至于零，那么该材料得磁化过程就是一连串逐渐缩小而最 终趋于原点的环状曲线，如图2所示。当H减小到零时，B亦同时降为零， 达到完全退磁。
3.磁材料常用的性能参数
饱和磁感应强度Bm：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材 料内部的磁化矢量整齐排列。 剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。 矩形比：Br∕Bm。 矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、 应力等）。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密 切相关。 居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时， 自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器 件工作的上限温度。 磁滞损耗 ：铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗 ，降低磁 滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc 。