磁性纳米粒子的制备及其细胞分离方面的应用
磁性纳米颗粒制备技术研究及应用
磁性纳米颗粒制备技术研究及应用随着科技的不断进步和发展，人们对材料科学的研究越来越深入。
磁性纳米颗粒作为新型材料在生命科学、医学、环境科学等领域中应用广泛。
本文将就磁性纳米颗粒制备技术的研究进展以及应用进行探讨。
一、磁性纳米颗粒的制备技术1.传统制备方法传统磁性纳米颗粒的制备方法主要有物理化学法、生物合成法等。
物理化学方法主要包括溶剂沉淀、热分解、水热合成等方法。
这些方法制备的纳米粒子不仅粒径分布不均匀，同时往往具有一定的形状不规则性。
生物合成法主要是利用生物微生物、植物或动物对金属离子的还原和还原后离子的有机包覆来制备纳米颗粒。
虽然方法简单易行，但制备的纳米颗粒往往不太稳定。
2.高级制备方法高级磁性纳米颗粒的制备方法主要有微乳液法、共沉淀法、溶胶-凝胶法等方法。
这些方法制备的纳米粒子颗粒尺寸均一、形状规则，比表面积大、分散性更好、晶体纯度更高、结晶更完整、物化性质更优越，具有良好的应用前景。
3.磁性纳米颗粒的后处理磁性纳米颗粒的后处理主要包括表面修饰、功能化等。
表面修饰可以提高纳米颗粒与周围环境之间的相容性，以及提高纳米颗粒的分散性和生物相容性。
功能化可以使磁性纳米颗粒具有更多的性能，如强固、抗氧化、生物相容性等。
二、磁性纳米颗粒的应用磁性纳米颗粒应用非常广泛，主要包括医学、环境和能源等方面：1.医学医学方面的应用主要包括磁性成像、靶向药物传递、显影剂以及治疗性应用等。
磁性纳米颗粒对磁场的响应性使其在医学成像中成为一种理想的反相剂和对比剂。
此外，磁性纳米颗粒的大比表面积和特殊的表面化学性质使得其在药物缓释系统中作为靶向传递系统非常有前景。
2.环境磁性纳米颗粒的环境应用主要包括土壤修复、污染物检测等方面。
磁性纳米颗粒可以作为地下水和污泥中重金属离子的吸附剂，也可以利用磁性纳米颗粒的磁力和特殊的修饰来实现大规模的油水分离。
3.能源磁性纳米颗粒在能源环境方面的应用主要包括能源材料、储能材料等。
例如，可以将磁性纳米颗粒用于生物燃料电池的阳极和催化剂，提高生物燃料电池的性能；磁性纳米材料还可以作为电池、太阳能电池储能材料，提高其储能效率。
磁纳米颗粒的制备及其应用
磁纳米颗粒的制备及其应用近年来，随着纳米技术的发展和应用的不断拓展，磁纳米颗粒的制备和应用也越来越受到人们的关注。
磁纳米颗粒具有较高的比表面积和配位数，有着独特的物理、化学性质，因此可以在医学、环保、材料科学等领域得到广泛的应用。
下面将详细介绍磁纳米颗粒的制备方法和应用情况。
一、磁纳米颗粒的制备方法目前常见的磁纳米颗粒制备方法包括化学合成法、物理气相沉积法、溶胶凝胶法、生物合成法等。
以下分别对几种典型制备方法进行介绍。
1. 化学合成法化学合成法是较为常见的磁纳米颗粒制备方法之一，通过化学反应使得磁性金属离子与还原剂反应生成磁性颗粒。
比如，可以将氧化亚铁与氧化铁混合，再加入还原剂还原成磁性铁颗粒。
化学合成法制备的磁纳米颗粒尺寸分布较窄，成本低，适用于大批量制备。
但制备过程中常常涉及有毒溶剂或还原剂，不利于环境保护。
2. 物理气相沉积法物理气相沉积法是利用高温下的金属氧化物还原反应制备磁纳米颗粒的一种方法。
将金属氧化物置于真空中，利用电子束或热处理使其转化为纳米级物质，再以磁场为控制因素，静电吸附到基底上形成磁性膜。
该方法制备出的纳米颗粒尺寸较小，形状单一，纯度高，但需要较高的工艺条件和设备，成本较高。
3. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是利用溶胶-凝胶过程形成无定形胶体，进而形成纳米颗粒的方法。
该法较为简便，步骤少，制备出的磁纳米颗粒较为稳定，适用于按特定尺寸和形状制备纳米颗粒的情况。
4. 生物合成法生物合成法是利用微生物、植物等生物体内的生化反应生成纳米颗粒的技术。
这种方法不需要有害的溶剂或还原剂，可大幅降低环境污染，并且可以用较为简单的实验装置进行制备。
但生物合成法制备的颗粒尺寸分布较大，纯度较低，也难以控制颗粒的形态、尺寸。
目前，生物合成法主要用于有机无机杂化材料的合成。
二、磁纳米颗粒的应用磁纳米颗粒在医学、环保、材料科学等领域中得到了广泛的应用。
其中，医学领域的应用较为广泛。
1. 医学应用磁性纳米颗粒在生物医学领域中的应用主要体现在磁共振成像、药物靶向输送和细胞分离等方面。
磁性纳米粒子的制备与应用
磁性纳米粒子的制备与应用磁性纳米粒子是一种磁性材料，其粒径通常小于100 nm。
由于其小尺寸和磁性特性，磁性纳米粒子在材料、医药、环境等领域有着广泛的应用前景。
本文将介绍磁性纳米粒子的制备方法和应用情况。
一、制备方法1. 化学合成法化学合成法是制备磁性纳米粒子的常用方法之一。
其基本原理是通过化学反应在溶液中形成磁性纳米粒子。
化学合成法的优点是操作简便，制备工艺成熟，能够通过调控反应条件控制粒子的大小和形态。
但由于化学反应过程控制困难，容易产生杂质等问题，因此需要一定的技术和实验经验。
2. 高温热分解法高温热分解法是制备磁性纳米粒子的另一种常用方法。
其基本原理是将金属配合物溶解在有机溶剂中，然后加热反应，使其分解生成磁性纳米粒子。
高温热分解法的优点是制备过程简单，并能够实现大规模生产。
但由于需要高温反应，容易造成粒子聚集和表面氧化等问题，需要注意反应条件的控制。
3. 生物合成法生物合成法是一种新兴的制备磁性纳米粒子的方法。
其基本原理是利用微生物或植物细胞的代谢过程，在体内或外界合成磁性纳米粒子。
生物合成法的优点是操作简单，生产环保，能够实现纯度高、尺寸分布窄的磁性纳米粒子的制备。
但其制备条件较为苛刻，需要针对具体生物体系进行研究和改进。
二、应用情况1. 磁性纳米粒子在材料领域的应用磁性纳米粒子在材料领域有着广泛的应用前景。
其可以作为材料掺杂物，用于调节材料的磁性、导电性等特性；也可以作为材料支撑物，提高材料的比表面积和活性；此外，还可以制备磁性纳米材料，用于制作磁性存储器、磁性隔离膜等材料。
2. 磁性纳米粒子在医药领域的应用磁性纳米粒子在医药领域有着广泛的应用前景。
其可以作为磁性成像探针，用于肿瘤等疾病的诊断；也可以作为靶向药物载体，通过磁性控制将药物输送到靶位点，提高治疗效果；此外，还可以制备高分子磁性纳米粒子，在组织工程和再生医学等领域中应用。
3. 磁性纳米粒子在环境领域的应用磁性纳米粒子在环境领域有着广泛的应用前景。
磁性纳米粒子的制备与应用研究
磁性纳米粒子的制备与应用研究导语：近年来，磁性纳米粒子作为一种多功能材料，引起了广泛的研究兴趣。
本文将从制备方法和应用领域两个方面，探讨磁性纳米粒子的研究进展。
一、制备方法1. 化学合成法化学合成法是制备磁性纳米粒子最常见的方法之一。
这种方法主要通过控制反应条件，合成具有特定形貌和尺寸的纳米粒子。
常见的化学合成方法包括溶剂热法、湿法共沉淀法和溶胶-凝胶法等。
2. 生物法生物法是一种环境友好、可持续发展的制备磁性纳米粒子的方法。
通过利用微生物、植物和动物等生物体的代谢过程，控制纳米晶的生长，制备具有特定形貌和尺寸的磁性纳米粒子。
与传统的化学合成法相比，生物法具有低成本、易于操作和环境友好等优点。
3. 物理法物理法是通过物理手段来制备磁性纳米粒子。
常见的物理法包括惰性气体凝聚法、脉冲激光沉积法和磁控溅射法等。
这些方法主要通过热力学平衡或物理能量的传递来实现纳米晶的制备。
二、应用领域1. 生物医学应用磁性纳米粒子在生物医学应用中具有广阔的前景。
例如，通过表面修饰，可以使磁性纳米粒子具有特异性靶向性，实现对肿瘤细胞的选择性破坏。
此外，磁性纳米粒子还可以用于磁共振成像、药物传递系统的构建以及基因治疗等。
2. 环境污染治理磁性纳米粒子在环境污染治理方面具有重要的应用价值。
通过磁性纳米粒子的吸附和催化降解作用，可以高效去除水中的重金属离子、有机物和有害气体等污染物。
此外，磁性纳米粒子还可以用于土壤修复和废水处理等领域。
3. 电子器件磁性纳米粒子在电子器件中的应用也越来越广泛。
例如，可以利用磁性纳米粒子的磁性作用构建磁存储器件，实现高密度数据存储；同时，利用磁性纳米粒子的磁性传感性能，可以制备高灵敏度的磁传感器。
结语：磁性纳米粒子作为一种多功能材料，具有广泛的应用前景。
通过不同的制备方法可以合成具有特定形貌和尺寸的纳米粒子，为不同领域的应用提供了基础。
未来，随着磁性纳米粒子的研究的不断深入，相信会有更多的应用领域被开发。
磁性纳米粒子的制备和应用研究
磁性纳米粒子的制备和应用研究磁性纳米粒子在当今科技应用领域中具有广泛的应用前景，如生物医学、环境监测、石油勘探等领域，随着磁性纳米材料制备技术和表征技术的不断发展，对其制备方法和性能分析的研究也逐渐深入。
本文将针对磁性纳米粒子的制备和应用研究进行分析和讨论。
一、磁性纳米粒子的制备方法磁性纳米粒子的制备方法主要有物理法、化学法、生物法和以生物为模板的法等。
其中物理法包括溅射法、热氧化法、气相沉积法等，化学法包括共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法、热分解法、微波合成法等，生物法包括生物还原法、细胞源法等。
共沉淀法是最为常见的一种制备方法，它通过药剂溶液中存在反应物，在化学反应中使得制备的纳米颗粒沉淀下来。
共沉淀法的优点在于制备过程操作简单，制备成本低，纳米颗粒粒径分布窄，但其缺点在于无法精确控制粒径和形态，同时在制备过程中往往会引入大量的表面修饰剂和杂质。
溶胶凝胶法是一种将某种金属盐、硅酸酯等，在一定的条件下水解为溶胶，经过凝胶化后得到纳米颗粒的方法。
该方法制备出的纳米颗粒表面个性化程度高，可应用于复杂介质中。
但是其制备过程中需要精密调控条件，操作较为复杂。
二、磁性纳米材料表征方法磁性纳米粒子的制备方法决定了其形态的精度、粒径分布、结构等参数，而磁性纳米粒子的应用性能和安全性也取决于其很多表征参数，如磁滞回线、磁相互作用、表面化学性质、生化活性等。
表征磁性纳米粒子的方法主要包括X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热重分析、磁性测试等。
磁性测试是为制备磁性纳米粒子提供可重复性和基本的极性的方法之一，其通过磁化曲线的分析和磁滞回线特征解析来表征纳米粒子的磁学性质。
X射线衍射主要用于研究晶态纳米颗粒的结构特征；扫描电子显微镜和透射电子显微镜通常用于观察纳米颗粒表面形貌、尺寸等。
三、磁性纳米材料的应用研究磁性纳米材料在医学、环境等领域有着广泛的应用，以下将介绍其在生物医学、环境监测以及能源储存等领域中的应用研究情况。
磁性纳米材料的制备及其在生物医学中的应用研究
磁性纳米材料的制备及其在生物医学中的应用研究随着生物医学科技的发展，人们对于治疗和诊断疾病的需求越来越高。
磁性纳米材料作为一种新型的生物医学材料，因其在医学上的应用前景和独特的物理特性而备受关注。
磁性纳米材料的制备技术和应用研究已经成为国内外的研究热点。
本文将着重探讨磁性纳米材料的制备及其在生物医学中的应用研究。
一、磁性纳米材料制备技术1.溶胶–凝胶法溶胶-凝胶法是一种简单的制备方法，主要是通过水热反应合成。
具体方法是将合适的金属盐或有机物慢慢滴入到预先调制好的溶胶中，搅拌后制成胶体，然后放在高温环境下干燥，最后进行热处理。
在这个过程中，金属离子将逐渐形成氧化物或氢氧化物的胶体，随着温度的升高和脱水作用的进行，纳米颗粒形成。
溶胶-凝胶法对纳米粒径、纳米结构和掺杂元素选材等方面具有很高的控制性。
缺点是较为缓慢，且所制备的纳米粒子在化学稳定性和生物毒性方面需要经过进一步研究。
2.共沉淀法共沉淀法是一种比较成熟的制备磁性纳米材料的方法，其原理是在溶剂中将磁性离子和还原剂混合，在一定条件下反应生成纳米晶粒。
该方法具有较高的制备效率和总收率，且可以实现大规模制备。
但是，共沉淀法也有一些缺点，如纳米颗粒粒径大小不均，粒径分布较为广泛，有一定的聚集现象，需要经过后处理才能得到单分散的纳米颗粒。
3.气相法气相法是通过化学气相沉积技术制备纳米铁粉材料的方法，具有制备纳米颗粒粒径小、分布均匀、成本低等优点。
该方法主要是在高温和真空下将金属有机化合物蒸发，使其在突然冷却的气氛中发生化学反应生成纳米粒子。
但是，气相法对于反应条件、重要工艺参数和气氛中杂质的控制要求较高，因此磁性纳米材料的制备有一定复杂度。
二、磁性纳米材料在生物医学中的应用1.生物分离和浓缩技术磁性纳米材料具有超强的磁性，可以用于分离和浓缩生物片段、细胞和蛋白质等分子，尤其适用于含量较低的样品。
磁性纳米材料可以通过特定功能化基团进行表面修饰，例如生物酶、抗体和核酸等，实现对不同生物分子的选择性识别和捕获。
磁性纳米粒子的制备及生物学应用研究
磁性纳米粒子的制备及生物学应用研究磁性纳米粒子是一种具有特殊物理和化学性质的纳米材料，具有从大到小纳米颗粒的体积比表面积变大的特征。
近年来，磁性纳米粒子在生物学上的应用越来越广泛，如基因、蛋白质、细胞分选、诊断和治疗等方面。
本文将从制备方法、表征手段和生物学应用等方面阐述磁性纳米粒子的制备及其在生物学上的应用研究。
一、磁性纳米粒子制备方法目前磁性纳米粒子的制备方法种类繁多，其中主要涉及化学合成法、物理氧化还原法、溶胶凝胶法、电化学法、懒晶石法和微生物合成法等。
这里介绍两种主要的制备方法：1、化学合成法：化学合成法是通过在降低温度条件下将金属盐和还原剂混合后产生的聚合产物形成磁性纳米粒子。
其中，常用的还原剂包括NaBH4、NH2OH、N2H4和CO等。
该方法制备的磁性纳米粒子具有尺寸分布均匀、等轴性高、可以在大规模生产和表面修饰等优点。
2、物理氧化还原法：物理氧化还原法是通过氨水溶液中加入NaOH或NH4OH 的方式来使得的金属离子被氢氧化沉淀，产生稳定的核心/壳式体系，并掺入磁性源产生磁性。
包括热分解、溶胶凝胶、电子束辐照和热原子化等方法。
该方法具有较高的纳米颗粒聚集度。
二、磁性纳米粒子表征手段磁性纳米粒子表征手段主要包括化学组成、尺寸形貌、磁性和表面性质四个方面。
1、化学组成：化学分析主要涉及纳米粒子的成分及其失配程度，包括X射线荧光光谱(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、原子吸收光谱(AAS)、电感耦合等离子体原子辐射光谱(ICP-AES)等方法。
2、尺寸形态：主要包括粒径、形貌、表面积、质量密度和比表面积等。
测量的方法包括传统的扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、粒径分析仪、震动样品仪和一些其他的实验手段。
3、磁性：主要涉及饱和磁化强度、居里常数、互易磁滞回线(Hysteresis loops)、磁顺磁温度，静态和动态磁滞回线等。
磁性的表征方法包括超导量子干涉仪、振动样品仪、磁力计和一些其他的实验手段。
纳米磁性材料的合成及其在分离和分析中的应用
纳米磁性材料的合成及其在分离和分析中的应用随着科学技术的发展和人们对于材料科学领域的研究愈加深入，磁性材料以其独特的性能和应用成为了研究热点之一。
其中，纳米磁性材料是近年来突破性发展的一个方向，其具有比传统磁性材料更强的磁性性能和表面活性，被广泛应用于分离、富集、分析等领域。
一、纳米磁性材料的合成纳米磁性材料最早是通过化学还原、溶胶凝胶、水热法等方法来合成。
这些方法虽然可以制备出高质量、高稳定性的纳米磁性材料，但合成条件比较苛刻、反应时间较长、成本较高。
而后来的一些新技术则可以更加简便地制备出纳米磁性材料。
目前，纳米磁性材料的制备技术主要包括下列几种：1.化学共沉淀法：通过加入沉淀剂将溶液中的金属离子还原为磁性纳米颗粒，具有简单、方法成熟、产量大、纯度高等优点。
2.热分解法：将金属前驱体溶解在有机溶剂中，通过加热等方法分解生成金属纳米颗粒。
3.微乳液法：在微乳液体系中，通过控制反应条件、表面化学性质等因素，直接合成纳米磁性材料。
4.气相沉积法：将金属前驱体在高温下气化成原子、离子等状态后，通过控制气压、反应时间等制备出纳米级别的磁性材料。
二、纳米磁性材料的应用纳米磁性材料作为磁性材料的新生力量，其在分离、富集、分析等领域的应用也越来越广泛。
1.分离和富集纳米磁性材料的磁性强度和表面活性都比传统磁性材料要高，因此可以应用于生物医药、环境监测、食品安全等领域，实现对目标物的分离和富集。
例如，使用荧光标记后的磁性纳米粒子，就可以对细菌、细胞等微小物质进行高效分离和识别，对于临床诊断和药物研发等方面有着广泛的应用前景。
2.分析和检测纳米磁性材料的表面活性和特殊的磁性性能，可以被用于医学检测、材料分析等方面。
例如，基于磁性纳米粒子的药物靶向输送，可以提高药物生物可利用性，减少药物的不良反应；而利用磁性纳米粒子对有毒物质进行高效检测，则可以提高环境和食品安全性。
在实际应用中，纳米磁性材料的应用不仅可以提高分离和分析的精度和性能，同时也减少了传统方法中所需的试剂、时间等成本，具有较多的优势。
磁性纳米粒子的合成与应用研究
磁性纳米粒子的合成与应用研究在当今科技迅速发展的时代，磁性纳米粒子作为一种具有独特性能的材料，正逐渐引起科学界的广泛关注。
它们在众多领域展现出了巨大的应用潜力，从生物医学到环境保护，从电子信息到能源存储，都能看到其活跃的身影。
磁性纳米粒子的合成方法多种多样，每种方法都有其特点和适用范围。
其中，化学共沉淀法是一种较为常见且简单的合成途径。
这种方法通常是将含有二价和三价铁离子的溶液在一定条件下混合，通过控制反应的温度、pH 值以及反应时间等参数，使铁离子沉淀形成磁性纳米粒子。
其优点在于操作简便、成本较低，但所得到的粒子尺寸分布可能较宽。
热分解法也是一种常用的合成手段。
该方法通常是在高沸点的有机溶剂中，利用有机金属前驱体在高温下分解来制备磁性纳米粒子。
通过精确控制反应条件，如温度、反应时间和前驱体的浓度等，可以获得尺寸均匀、结晶度良好的磁性纳米粒子。
然而，这种方法往往需要较为严格的实验条件和复杂的操作流程。
除了上述两种方法，还有水热法、溶胶凝胶法等多种合成技术。
水热法是在高温高压的水溶液中进行反应，有利于晶体的生长和形成特定的形貌；溶胶凝胶法则是通过前驱体的水解和缩聚反应来制备纳米粒子。
磁性纳米粒子在生物医学领域的应用可谓是大放异彩。
在疾病诊断方面，它们可以作为磁共振成像（MRI）的造影剂，显著提高成像的对比度和分辨率，帮助医生更准确地发现病变组织。
由于磁性纳米粒子具有良好的磁响应性，还可以通过外加磁场将其定向引导到病变部位，实现靶向给药。
这不仅提高了药物在病灶处的浓度，增强了治疗效果，还减少了药物对正常组织的副作用。
在肿瘤治疗中，磁性纳米粒子结合热疗技术成为了一种新兴的治疗策略。
在外加交变磁场的作用下，磁性纳米粒子会产生热量，使局部温度升高，从而杀死肿瘤细胞。
此外，磁性纳米粒子还可以用于生物分子的分离和检测，如蛋白质、核酸等。
在环境保护领域，磁性纳米粒子也展现出了独特的优势。
它们可以用于废水处理，通过吸附作用去除水中的重金属离子、有机污染物等有害物质。
磁性纳米粒子的制备方法及其在医学中的应用
磁性纳米粒子的制备方法及其在医学中的应用近年来，磁性纳米粒子在医学领域中的应用逐渐受到关注。
磁性纳米粒子具有小尺寸、高表面积和特殊的磁性等独特的特点，可以应用于药物传递、细胞成像和癌症治疗等方面。
本文将介绍一些常用的磁性纳米粒子的制备方法，并探讨其在医学中的应用前景。
制备磁性纳米粒子有多种方法，常见的包括化学共沉淀法、热分解法和溶剂热法等。
化学共沉淀法是一种简单且较为常用的方法。
它通过将金属离子与还原剂在溶液中反应生成磁性纳米粒子，然后经过洗涤和烘干等步骤得到目标产物。
热分解法则是利用金属有机盐在高温下分解生成磁性纳米粒子。
溶剂热法则是将金属前驱物溶解在溶剂中，通过控制温度和反应时间来合成磁性纳米颗粒。
这些制备方法有各自的优缺点，研究人员可以根据需求选择适合自己研究的方法。
磁性纳米粒子在医学中的应用前景广阔，其中之一是在药物传递中的应用。
由于其较大的比表面积和特殊的药物载体性质，磁性纳米粒子可以作为药物的有效载体，实现药物的靶向输送和控制释放。
研究人员可以将药物连接或包裹在磁性纳米粒子上，通过外部磁场控制药物的释放速率和靶向输送的位置。
这种靶向治疗的方法可以提高药物的疗效，减少毒副作用，并有望成为未来治疗癌症等疾病的重要手段之一。
另外，磁性纳米粒子在细胞成像方面也有广泛的应用。
由于磁性纳米粒子具有良好的磁性、刚性和稳定性，可以作为细胞成像的强磁共振对比剂。
通过将磁性纳米粒子引入人体内部，可以实现对特定组织或细胞的高分辨率成像。
同时，磁性纳米粒子还可以通过表面修饰来增强细胞的特异性和选择性，提高成像的准确性和灵敏度。
除此之外，磁性纳米粒子还有潜力应用于癌症治疗。
由于磁性纳米粒子在外部磁场作用下具有良好的调控性，可以通过热疗的方式实现对癌细胞的杀灭。
通过将磁性纳米粒子注射或靶向引入至肿瘤区域，然后利用外部磁场加热纳米粒子，使其释放出热量，达到杀灭肿瘤细胞的目的。
这种磁热治疗方法可以减少对正常组织的伤害，提高治疗的效果和生存质量。
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第37卷第3期 上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,No.32008年6月 Journal of Shanghai Nor mal University (Natural Sciences )2008,Jun 1磁性纳米粒子的制备及其细胞分离方面的应用张春明1,赵梗明2,斯庆苏都1,谢湘华3,谭 玲1,董亚明13(1.上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234;2.上海师范大学数理信息学院,上海200234;3.华东理工大学理学院,上海200237)摘 要:介绍了一种始终在溶液中制备Fe 3O 4磁性纳米粒子的化学共沉淀,并对制得的粒子进行表面修饰的方法.通过I R,XRD 和AF M 等测试仪器对样品进行了表征.结果表明:采用化学共沉淀的方法制备出的磁性纳米粒子具有单分散性,且粒径比较均一,约在30n m.由于制备过程均在液体中进行,故制备周期短,污染小.同时利用自制的免疫磁性Fe 3O 4纳米粒子能较好地分离脐血中的CD133细胞,细胞体外扩增明显.关键词:纳米Fe 3O 4;免疫磁性纳米粒子;脐带血;CD133细胞中图分类号:T Q138.1 文献标识码:A 文章编号:100025137(2008)0320291205 收稿日期:2007212205作者简介:张春明(1980-),男,上海师范大学生命与环境科学学院硕士研究生;董亚明(1957-),男,博士,上海师范大学生命与环境科学学院教授.3通讯作者.0 引 言磁性纳米颗粒以其优越的物理特性,在生物医学领域具有广泛的应用前景[1].通过包裹不同的有机官能团,可以将这些磁性颗粒运用在蛋白质固定、细胞分离、靶向药物等领域[2,3].生物细胞分离技术是一项应用在生物领域中十分重要的纳米技术,它是能否快速获得研究所需细胞标本的关键.以往的细胞分离技术主要有梯度离心法[4]、流式细胞分选法[5]等.但这些方法存在纯度不高、制备量偏小、影响细胞活性等缺点,因此未能被广泛地用于细胞的纯化研究[6].近几年,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[7].单纯的磁性纳米粒子易于团聚、生物兼容性差[8],因此,制备超小粒径、分散性好的磁性纳米颗粒具有十分重要的应用价值.目前纳米Fe 3O 4的制备方法主要有:机械球磨法[9],共沉淀法[10],乳化法[11],水解法[12],水热法[13]等,这些方法各有优缺点.普通的共沉淀法制备的纳米Fe 3O 4粒子粒径分布范围宽,粒径不容易控制,易团聚,重现性差,且在制备的过程中粒子易受到污染,从而影响其在生物方面的应用.为了在反应中控制生成颗粒的大小,得到粒径分布均匀的Fe 3O 4粒子,本研究在共沉淀法的基础上,通过控制一系列的反应条件,制得磁性流体,然后直接在其表面包裹Si O 2,避免了污染.再通过化学修饰使之成为生物功能化的磁性纳米粒子.利用化学连接方法将单克隆抗体CD133连接到其表面得到免疫磁性Fe 3O 4纳米粒子,利用它从单个核细胞中分离出CD133细胞,并对细胞进行半固体培养,观察其在体外的扩增情况.1 实验部分1.1 试剂与实验仪器材料:FeCl3・6H2O(99.0%),FeCl2・4H2O(99.5%),氨水(26%～28%)、正硅酸乙酯(TE OS)(上海试剂公司);N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(AEAPS)(Geel,Belgium),戊二醛(中国医药集团上海化学试剂分公司);磷酸盐缓冲溶液(P BS)(自制),RP M I1640(自制),以上所用试剂均为分析纯;CD133抗体(M iltenyibi otec).测试仪器:红外吸收光谱仪(N I COLET380);原子力显微镜(AF M)(NanoScope III a SP M系统Veeco);倒置显微镜(Japan.N ikon810181);D-MAX2000X射线衍射仪.1.2 实验过程1.2.1 磁性纳米粒子的制备以及Si O2的包裹按3∶2比例称取FeCl3・6H2O和FeCl2・4H2O固体,分别加入水中配成0.5mol/L的溶液,将2种溶液倒入三颈瓶中,混匀.在60℃条件下向此混合溶液中缓慢滴加氨水,超声同时搅拌至pH为9,反应完全后,再超声分散1h,搅拌0.5h,磁沉淀,洗涤制得磁性纳米粒子;按比例取100mL的乙醇和水,混匀,把洗涤好的粒子分散到其中,超声15m in,转人250mL的三颈瓶,加入TE OS,在一定的搅拌速度下逐渐加入氨水,恒温水浴下反应5h磁分离,洗涤,直至清洗液不再浑浊;产物置于真空干燥箱中恒温干燥,12h后取出,得到包裹好Si O2的磁性纳米粒子.将粒子分散到二次水中备用.1.2.2 纳米粒子的修饰与细胞的分离量取1mL包裹后的Fe3O4磁性纳米粒子流体,加入到40mL甲醇,丙三醇和二次蒸馏水的混合溶液中,超声混匀.转移至三颈烧瓶中搅拌并缓慢加入AE APS,在一定温度下反应5h.沉淀用甲醇洗涤若干遍,恒温下真空干燥,得到表面修饰氨基的磁性纳米粒子.取适量上述制备的粒子,分散到P BS中,配制成磁性纳米粒子分散体系.向上述体系中加入戊二醛,反应数小时用P BS洗涤后重新分散到P BS溶液中,得到纳米粒子分散体系.取1mL分散液,向其中加入CD133单克隆抗体,常温下反应12h,磁性分离用P BS洗涤后,重新分散,得到免疫磁性Fe3O4纳米粒子.取30～40mL的脐带血,用P BS稀释1倍.以4∶6比例加入淋巴细胞分离液和稀释后的脐血,按密度梯度离心法分离单个核细胞,取出单个核细胞(MNC)带,用1640培养基洗涤2次.为了得到CD133细胞,将分离出的单个核细胞经洗涤后,向其中加入0.5mL的上述制备的表面连接有CD133单克隆抗体的免疫磁性Fe3O4纳米粒子,充分混匀后,4～8℃下孵育20～30m in,磁性分离目标细胞CD133,再用1640洗涤数次,即可得所需CD133细胞.采用甲基纤维素半固体法培养CD133细胞.2 结果与讨论2.1 I R分析图1是Fe3O4(a),Si O2/Fe3O4(b)的红外谱图.谱线a中,580c m-1处是Fe3O4的特征吸收峰;在谱线b中,1104c m-1处的强吸收峰是由组成Si O2膜的Si-O-Si键的反对称伸缩振动引起的,798c m-1附近的吸收峰是由Si-O-Si键的对称伸缩振动引起的,963c m-1附近的吸收峰则归属于Si-O键的对称伸缩振动,表明经过了多次的磁沉淀和洗涤后在Fe3O4外层包裹了Si O2膜.从图1中可以看出,粒子改性以后,Fe-O的特征吸收峰由580c m-1移向560.2c m-1,发生了红移,这可能是由于磁性粒子受纳米尺寸的限制,降低了对表面原子键的束缚,导致表面粒子中局部电子的重排;当Fe3O4粒子的尺寸降低到纳米范畴时,其表面结合力常数逐渐变大,因此表现在Fe-O的特征吸收带向较低的波数移动.2.2 XR D分析图2是Fe3O4和Si O2/Fe3O4的XRD谱图.将包裹前后Fe3O4的X射线衍射光谱与Fe3O4的标准谱图292 上海师范大学学报(自然科学版) 2008年图1 Fe 3O 4(a ),Si O 2/Fe 3O 4(b )的红外光谱图 图2Fe 3O 4,Si O 2/Fe 3O 4的XRD 谱图相比较可以看出,包裹前后Fe 3O 4的峰形和峰宽基本一致,仅存在Fe 3O 4的一种晶态,都是立方的尖晶石型结构,结晶度较好,没有Si O 2衍射峰的存在,说明Si O 2是以无定型形态存在于Fe 3O 4的表面.这是由于制备这种粒子,没有经过煅烧,因此Fe 3O 4表面的Si O 2为无定型形态的.从图2中还可以看出,XRD 衍射峰较宽而不尖锐,这说明磁性粒子的粒径比较细小,根据Scherrer 公式:D =κλ/βcos θ,D 为晶体粒子的平均粒径(κ=0.89;θ为衍射角,λ是X 射线波长为0.154056nm ;β为最高峰的半高峰宽)对样品进行平均粒径的估算,得到所制样品的平均粒径D =20n m.2.3 AF M 分析图3,4,5分别是Fe 3O 4,Si O 2/Fe 3O 4及局部放大的Si O 2/Fe 3O 4的AF M 图像.由图3可以看出,包裹前的磁性粒子分散性差,极易团聚.这是因为在分离过程中由于粒子部分磁化,容易造成团聚;且包裹前的磁性粒子粒径很小,粒子间的范德华作用力较大,也会造成团聚.图4是包裹后的Fe 3O 4粒子的AF M 图像,由图4可见,改性后Fe 3O 4粒子较改性前团聚程度较轻,分散性大大提高.从图5中可以明显看出粒子表面包裹了一层物质,即Si O 2,这与前面的红外谱图分析的结果相符.由AF M 图可知,包裹前Fe 3O 4粒子的粒径在15n m 左右,包裹后粒子的粒径在30n m 左右,外层膜的厚度为8n m 左右,这与XRD 的表征结果略有差别,可能是由于在制备粒子粉体的过程中引起硬团聚的原因.经包裹后的磁性纳米粒子的粒径较小,分散性较好.这是因为包裹了一层Si O 2后,改变了磁性纳米粒子的表面活性,大大降低粒子的表面能,阻止磁性粒子因互相接近而引起的颗粒聚集及沉降.总之,采用对磁性流体直接包裹的方式,避免了粒子在干燥过程中的硬团聚问题,也解决了粒子研磨过程中可能引入杂质的难题,从而得到较理想的结果,并获得无污染、分散性很好且适用于生物细胞分离的磁性纳米粒子.图3 未包裹的Fe 3O 4粒子 图4 Si O 2/Fe 3O 4粒子 图5 局部放大Si O 2/Fe 3O 4粒子2.4 磁性纳米粒子在细胞分离方面的应用图6,7,8,9分别是利用磁性粒子分离出来的单个核细胞和CD133细胞经培养后的显微图.从图7392 第3期 张春明,赵梗明,斯庆苏都,等:磁性纳米粒子的制备及其细胞分离方面的应用和图9相比较的结果可以看出,用磁性纳米粒子分离出来的CD133细胞与单个核细胞一样,具有很好的活性,能够很好地增殖,形成了集落.同时也证明了本实验室所制备的免疫磁性纳米粒子不仅能较好地分离出目标细胞,而且在整个分离过程中对细胞的形态以及活性没有明显的毒副作用,这与[14]中报道的对细胞的活性没有影响的结果一致.图6 单个核细胞(MNC )(7d ) 图7 CD133细胞(7d) 图8 单个核细胞(MNC )(14d ) 图9 CD133细胞(14d )单个核细胞(MNC )(7d )3 结 论本研究采用化学共沉淀法通过控制实验条件成功地制备了Fe 3O 4纳米粒子,然后直接对其进行表面包裹Si O 2,再利用化学修饰和化学连接方法得到了无污染、分散性很好并适用于生物细胞分离的免疫磁性纳米粒子,实验结果表明:这种免疫磁性Fe 3O 4纳米粒子具有很好的单分散性,且粒径比较的均一,为30nm 左右.使用自制的免疫磁性Fe 3O 4纳米粒子能较好地分离脐血中的CD133细胞,而且分离与纯化出来的CD133细胞活力不受影响,与单个核细胞相比具有更强的增殖能力.参考文献:[1] HA I Y,P A IV,CHE N C J.Devel opment of magnetic device f or cell separati on[J ].M agn M agn Mater,1999,194(1-3):254-261.[2] W E I SS LE DER R,BOG DANOV A,NE UW E LT E A.Long -circulating 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and the whole p r ocess was carried out in a s oluti on .I nfrared s pectra,X -ray diffracti on and at om ic force m icr oscope were app lied t o characterize the magnetic nano 2particles .The results indicate that the well dis persed,non 2pollu 2ted and bi o 2compatible nano 2particles were obtained with their average dia meter of ar ound 30n m.C D133cells were well separated using this kind of magnetic nano 2particles and a good incre ment was obtained .Key words:nano ferrifer ous oxide particles;i m munomagnetic nano 2particles;navel bl ood;at om ic f orce m icr oscope(责任编辑:郁 慧)592 第3期 张春明,赵梗明,斯庆苏都,等:磁性纳米粒子的制备及其细胞分离方面的应用。