超顺磁纳米粒子的应用(分离加生物医学)
超顺磁性氧化铁纳米粒子在肿瘤靶向诊断治疗中的应用进展
Ｓ ＵＮ Ｈａ ｎ ｗｅ ｎ， ＺＨＡＮＧ Ｙａ ｎ ｃ ｏ ｎ ｇ， Ｓ ＯＮＧ Ｘｉ ｎ ｆ ｅ ｎ ｇ， Ｓ ＵＮ Ｃｈ ｕ ｎ ｙ ａ ｎ
（ 德州学 院医药 与护理 学院 ，山东 德州 ２ ５ ３ ０ ２ ３ ）
摘 要 ：超顺磁性 纳米粒子 （ Ｓ Ｐ Ｉ Ｏ Ｎ ｓ ） 具 有超顺磁性 、良好 的生 物相容 性 ，在 肿瘤 的诊 断和 治疗方
面 有 很 大 潜 力 。 肿 瘤 细 胞 表 面 会 特 异 性 的 表 达 某 些 表 面 标 志 物 ，因 此 以磁 性 纳 米 颗 粒 为 核 心 的 分 子
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｄ ｉ ｃ ｉ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ Ｎ ｕ ｒ ｓ ｉ ｎ ｇ ， Ｄ ｅ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｄ ｅ ｚ ｈ ｏ ｕ ２ ５ ３ ０ ２ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｐ ａ ｒ ａ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉ ｒ ｏ ｎ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ｎ ａ ｎ ｏ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ（ Ｓ Ｐ Ｉ Ｏ Ｎ ｓ ）ｈ ａ ｖ ｅ ｓ ｈ ｏ ｗ ｎ ｉ ｍ ｍｅ ｎ ｓ ｅ ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｎ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ
磁性纳米材料在生物医学领域的应用
磁性纳米材料在生物医学领域的应用
应化10-1 倪飞06102686
摘要：对磁性纳米材料在生物医学上的应用情况进行了综述，介绍了其在生物医学上的重要性，以及近年来在生物医学各个方面上的进展，还有个人对这一方面的展望和想法。
关键词：磁性纳米材料；生物医学；应用；进展
纳米科学技术是20世纪80年代发展起来的一门多学科交叉融合的技术科学．其最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性来制造具有特定功能的产品。纳米材料是指具有纳米量级的超微粒构成的固体物质。纳米材料具有三个结构特点：①结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级f1～100 nm)；②存在大量的界面或自由表面；③各纳米单元之间存在一定的相互作用。由于纳米材料结构上的特殊性．使纳米材料具有一些独特的效应．主要表现为小尺寸效应和表面或界面效应．因而在性能上与相同组成的微米材料有非常显著的差异，体现出许多优异的性能和全新的功能。纳米材料在化学、冶金、电子、航天、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。[1]
当铁磁材料的粒子处于单畴尺寸时．矫顽力fHc)将呈现极大值，粒子进入超顺磁性状态。这些特殊性能使各种磁性纳米粒子的制备方法及性质的研究愈来愈受到重视。开始，多以纯铁(a—Fel纳米粒子为研究对象，制备工艺几乎都是采用化学沉积法。后来．出现了许多新的制备方法．如湿化学法和物理方法．或两种及两种以上相结合的方法制备具有特殊性能的磁性纳米材料。磁性纳米材料具有许多不同于常规材料的独特效应．如量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应及宏观量子隧道效应等，这些效应使磁性纳米粒子具有不同于常规材料的光、电、声、热、磁、敏感特性。[1]磁性纳米颗粒可以通过外加局部磁场的方法吸引颗粒进入到特定组织。并在组织中聚集而发生效应。治疗结束后撤去磁场。颗粒也随之被清除，当然这也依赖于外置磁场的合理设计与制造。磁性纳米颗粒具有很好的生物相容性。目前使用较多的磁纳米颗粒主要是铁氧系纳米颗粒。铁氧系磁性纳米材料可分为顺磁体和超顺磁体两类。直径在20姗左右的颗粒属于超顺磁体。一般情况下，颗粒(通常用Fea03，和Fe304)多被用于体外试验，在没有外加磁场的情况下，超顺磁体颗粒本身将失去磁性。而顺磁体材料会因自身磁场作用聚集在一起，不能有效扩散。磁性纳米颗粒进入血液后，通过血液循环进入炎症部位、肿瘤。还可同时进入肝脏、淋巴结、脾脏和骨髓腔(被血浆蛋白包裹后)。常用的应用方法之一是把磁性纳米颗粒从静脉注射进入血液，通过血液循环到达特定部位发挥治疗作用；另一方法是把磁性纳米颗粒悬液直接注射剑治疗区。两种方法都要求纳米颗粒悬液非常稳定，颗粒不能凝集在一起而影响扩散效果。[2] 随着科学技术的发展，人类的生活水平日益提高，食品安全、人类健康等问题也逐渐受到人们的关注。虽然科技水平在提高，但同时人类健康问题也让人担忧，如恶性肿瘤等病症发病率越来越高，癌症依旧严重危害着人类的生命健康。而纳米技术与分子生物学相结合发展出一个新的研究领域——纳米生物技术。磁性纳米颗粒是一类具有可控尺寸、能够外部操控并可用于核磁共振成像(MRI)造影的材料。这使得该类纳米颗粒能够被广泛应用于生物学和医学领域，包括蛋白质提纯、药物传输和医学影像等方面。当纳米颗粒与靶向试剂耦合，通过特定的生物作用与生物分子反应，功能化的纳米颗粒即可与靶向生物组织耦合，实现疾病诊断或者生物分离。在核磁共振成像的正常磁场强度下(通常高于lT)，这些靶
磁性纳米颗粒及其应用
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
5、 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
传统的DNA分离方法，不仅需要接触有
毒试剂，而且步骤繁杂，费时、费力， 难以自动化操作。 纳米磁性颗粒粒子小，比表面积大，偶 容量高，悬浮稳定性好，便于各种反应 高效方便地进行。 具有顺磁性，在外磁场作用下，固 液相的分离十分简单，省去离心、过滤 等操作，并可在外磁场作用下定位。
例:
用纳米粒子从各种组织中分离用 于PCR的DNA: 先用去垢剂溶解细胞，释放出DNA, 将DNA吸附在单分散状态的磁性纳米粒 子上。吸附后的DNA通过几步洗涤得到 纯化。 因为DNA没有渗入纳米磁粒子内， 而纳米磁粒子也不会影响PCR扩增，纳 米磁粒子/DNA复合物可直接用于PCR。
磁性纳米材料在生物医学领域的应用
Cell
MP
Cell
MP
+
MP MP
MP
T-Cell
MP
T-Cell
MP
MP
18
谢谢聆听
Thank You
磁性材料：金属（Fe、Co、Ni）；铁氧体（Fe2O3）；合金（FeCo）。 主要包括： 高分子材料 ： 如聚乙烯亚胺酶类、多糖（葡聚糖、果胶等）、球蛋白。 功能配基：如氨基(-NH2)、羧基(-COOH)、羟基(-OH)，使其表现具有疏水亲水、非极性-极性、带正电荷-带负电荷等不同的物理性质。
3
一、简介
4
一、简介
1.3 磁性微球的制备
5
一、简介
6
一、简介
7
二、在生物分离方面的应用
8
二、在生物分离方面的应用
互补的DNA 和RNA 抗体和抗原
生物分子识别
酶与底物、辅酶
生物素与亲和素
抗体与病毒、细菌、细胞表面受体
。。。。。。
纳米材料在医学方面的应用
1、纳米材料在医学方面的研究进展
1997年，四川大学生物医学工程学科李玉宝教 授开始纳米人工骨的研究。他将纳米类骨磷灰 石晶体与聚酰胺高分子形成复合体，并使纳米 晶体含量调节到与人骨所含的纳米比例（60％ ）相同，从而形成高强柔韧复合仿生生物活性 材料。由于这种复合材料具有优异的生物相容 性、力学相容性和生物活性，用它制成的纳米 人工骨不但能与自然骨形成生物性骨键合，而 且易与人体肌肉和血管牢牢长在一起，并可以 诱导软骨的生成。
6
1、纳米材料在医学方面的研究进展
2005年4月19日英国《自然》网站报道：美国 加利福尼亚技术研究所的科学家用一种特殊的 聚合物将携带药物的纳米粒子包裹住，再将其 注入患有癌症的实验鼠体内，能大大降低癌细 胞扩散的速度。他们利用一种名叫环式糊精的 糖性物质合成了一种聚合物，用它包裹住携带 小分子干扰RNA的纳米粒子。在研究过程中， 科学家对患有尤文氏肉瘤的实验鼠进行了试验 。目前能够成功对这种癌症进行治疗的方法几 乎没有，但此前的研究证明通过抑制生长基因 可以控制癌细胞的扩散。
Fra Baidu bibliotek
阳离子脂质体
• 将纳米磁性氧化铁微
粒注入肿瘤里，置于 可变磁场中受磁场作
中性脂质体
用，肿瘤里的纳米氧
化铁微粒升温到45℃
左右，烧毁癌细胞；
肿瘤附近的健康组织
没磁性微粒，温度不
生物医学中的纳米材料应用前景分析
生物医学中的纳米材料应用前景分析随着纳米科技的不断发展以及人们对健康的不断追求，生物医
学领域中的纳米材料应用越来越受到瞩目。纳米材料在制备、成分、形态以及表面性质方面具备了与生物分子相似的特性，从而
可以用于生物医学领域中的药物递送、影像检测、诊断治疗等多
个方面。本文就生物医学中纳米材料应用前景进行一些讨论。
一、药物递送领域
在药物递送方面，纳米材料可以被制备成许多类型和形态，例
如纳米粒子、磁性纳米粒子、碳纳米管、金纳米粒子、量子点等等。纳米粒子具有大比表面积和高表面能，从而可以提高药物的
溶解度和可生物利用性，也可以增加靶向性和选配性。纳米材料
还可以被具有生物活性的成分所修饰，使其能够达到特定的细胞
或组织，并通过细胞膜进入细胞内部释放出药物。相比传统药物，纳米药物可以降低药物剂量，提高治疗效果，并减轻副作用，因
此在今后的药物递送领域中被广泛应用。
二、影像检测领域
在影像检测方面，纳米材料优于传统造影剂的地方是可利用纳米材料的优势进行多重显示，从而获得更为准确、全面的检测结果。纳米材料可以被制备成超顺磁性材料，通过核磁共振影像（MRI）对健康问题进行影像诊断；也可以被制备成金纳米棒，通过局部表面等离子共振（LSPR）现象，实现在超微小空间中进行显微镜检测。当前的挑战是如何研发具有较高检测精度、稳定性和安全性的纳米材料。
三、诊断治疗领域
在诊断治疗领域中，纳米传感器可以发挥作用。传感器由一些分子和纳米粒子组成，能够检测人体内的各种生物分子或细胞，实现对疾病早期预警和检测。例如，利用磁性纳米粒子修饰的抗肿瘤药物，可以通过外界的磁场或化学诱导释放出药物，从而实现对肿瘤细胞的定向破坏。同时，纳米材料也可以用于制备仿生组织或器官。将纳米材料应用于生物组织的修饰和模拟，为器官修复、移植和造血等治疗提供了广阔的应用前景。
纳米材料在医学影像中的应用
纳米材料在医学影像中的应用现代医学技术的发展，对于提高国民健康水平和人口素质，保障人民身体健康，有着重要的意义。随着科技的不断进步，人们开始逐渐走入纳米时代。纳米技术在生物医学领域中的应用，也日益受到人们的重视。本文将详细阐述纳米材料在医学影像中的应用。
一、纳米材料的优势
纳米材料具有很多优势。首先，纳米材料的尺度与生物分子相似，可以穿过生物障碍物，更容易进入细胞内部。其次，纳米材料的表面积大，可以更多地承载药物和成像分子，增加其治疗和诊断效果。此外，纳米材料还可以通过改变其表面分子的种类和数量，实现对其在生物体内的结构和功能的调控。
二、纳米材料用于影像学的应用
1. 磁性纳米粒子
磁性纳米粒子是一种常用的成像剂，其具有高比表面积、长寿命、超顺磁性、良好的化学稳定性等优点。在磁共振成像（MRI）方面，由于其强大的磁性，磁性纳米粒子可以用作MRI对比剂，
从而提高MRI的对比度和诊断精度。同时，磁性纳米粒子还具有
热疗作用，可以在磁场作用下产生大量局部热量，与药物联合使
用可以发挥更好的治疗效果。
2. 金属纳米粒子
金属纳米粒子具有多种光物理性质，例如表面等离子体共振，
展现出非常强的吸收和散射光信号，因此可以用作生物荧光探针
和光热成像剂。将金属纳米粒子与荧光染料结合，可以提高成像
的对比度和灵敏度，从而实现更好的成像效果。
3. 半导体纳米晶体
半导体纳米晶体是一种新型的成像剂，其具有高荧光量子产率、窄的荧光光谱、长的荧光寿命等优点。现在，半导体纳米晶体就
已经被广泛用于光学成像、生物标记和药物传递等方面。与其他
磁性微粒及其在生物医药领域的应用
科技经济市场
磁性微粒是指磁性纳米粒子与无机或有机分子结合形成的可均匀分散于一定基液中具有高度稳定性的胶态复合材料。由于磁性微粒具有磁响应性，成本低、能耗少、无污染等特点，人们在磁性微粒表面或通过磁性微粒表面的功能基团（如氨基、羧基、巯基、环氧乙烷等）将酶、抗体、寡核苷酸等生物活性物质进行固定，可进一步用于酶的固定化［１］、靶向药物载体［２］、细胞分选［３］、免疫检测［４］及蛋白与核酸的分离纯化、杂交检测等领域［５］。
１磁性微粒的特征
首先，磁性微粒具有超顺磁性，遵循库仑定律，可以被外界磁场所调控，进而保证了磁性微粒在外加磁场中反复操作而不改变其磁学性质，使其在下游得到了更好的应用；其次，磁性微粒具有表面效应，随着粒径的减小，其比表面积迅速增加，微粒表面吸附能力也随之增强，从而使其表面生物活性物质固定量大幅度提高；再次，磁性微粒具有表面可修饰性，其表面可引入氨基、羧基、巯基等功能基团或功能化后与特定无机物质如胶体金、量子点等复合，然后通过共价或物理吸附作用将酶、抗体、细胞、核酸及寡核苷酸等固定在表面，进而应用于生物和医学研究领域；另外，磁性微粒还具有生物相容性及可降解性，因而作为磁共振成像（ＭＲＩ）和结合外加磁场的靶向给药系统已经在临床诊断和治疗中得到了较好的应用［６］。
２磁性微粒的种类
磁性微粒的核心组成是纳米磁性粒子（包括铁的氧化物、金属铁、钴、镍及正铁酸盐等），也称磁流体。将磁流体与其它性质材料的基质相互作用，便形成磁性复合微粒（简称磁性微粒、磁性微球、磁珠等）。磁性微粒分类方法很多，按其结构不同，可分为简单结构、核壳结构、夹心结构；磁性微粒的核心组成－磁流体为纳米无机材料，按照与其复合的材料组成不同，可分为无机／有机磁性微粒和无机／无机磁性微粒。其中无机／有机磁性微粒是通过生物或合成高分子物质及其它有机试剂对磁流体进行包覆或修饰而得到，如葡聚糖磁性微粒、磁性脂质体微粒等；而无机／无机磁性微粒则是通过磁流体与金、二氧化硅、量子点等无机物复合制得，如磁性二氧化硅微粒、金磁微粒、载有量子点的磁性微粒等。
超顺磁性四氧化三铁纳米材料在医学方面的应用
超顺磁性四氧化三铁纳米材料在医学
中的应用综述
……..
…….. ……….. ………..
DOI 10.1002/aic.11111
Published Sep 29, 2011
关键词:超顺磁性纳米粒子四氧化三铁靶向运输
前言
近1O年来，有关纳米药物载体(Drug Nanoearriers)的研究不仅吸引了科学家们
的极大兴趣，也得到了普通公众热切的关注。常见的纳米药物载体主要包括无机纳米药物载体和有机高分子纳米药物载体。其中，高分子纳米粒子作为药物载体研究得比较早，目前已有少量基于高分子纳米载体的药物得到欧美一些国家药监部门批准用于临床治疗[1]。这是因为高分子纳米粒子生物相容性好，毒性小，药物可通过物理包覆或者化学键合的方式结合到高分子纳米粒子中，其释放后高分子载体可通过降解排出体外[2]。与高分子纳米粒子相比，无机纳米粒子不仅尺寸、形貌可控性好，比表面积大，而且独特的光、电、磁性质赋予其具有潜在的成像显影、靶向输送和协同药物治疗等功能，使其更适于在细胞内进行药物输送[3]。而且以超顺磁性纳米颗粒作为基因载体及药物载体的研究近年来在医学领域不断发展，由于磁性四氧化三
铁生物纳米颗粒的制作简单，直径可达10 nm 以下，具有比表面积效应和磁效应，在外加磁场的作用下可具有靶向性，且四氧化三铁的晶体对细胞无毒。在磁性四氧化三铁的晶体表面可很容易地包埋生物高分子，如多聚糖[4]、蛋白质等形成核壳式结构[5-6]，可使其达到生物相容性，使其越来越多的应用于医学领域研究。
靶向药物输送和药物可控释放是无机纳米药物载体研究的主要目标。靶向药物输送能在病灶部位保持相对较高的药物浓度，延长药物的作用时间，提高对肿瘤细胞的杀伤力；药物可控释放可以减轻药物对正常细胞的作用且减小不良反应，提高药效，减轻患者的痛苦。一种理想的纳米药物载体需要具备以下的性能：良好的生物相容性；足够长的血液循环时间；特异性地靶向药物到病灶
纳米科技在医疗领域中的应用教程
纳米科技在医疗领域中的应用教程
随着科技的快速发展和不断创新，纳米科技在医疗领域中的应用越来越受到关注。纳米科技可以提供精准和创新的解决方案，为医疗诊断、治疗和监测提供了新的可能性。在本教程中，我们将深入探讨纳米科技在医疗领域中的应用，并为读者提供相关信息和示例。
一、纳米材料在医疗诊断中的应用
1. 纳米传感器
纳米传感器常用于检测和监测生物标记物，如蛋白质、细胞和基因。通过将纳
米颗粒或纳米盘与目标分子相结合，可以实现高灵敏度和高选择性的检测。例如，纳米传感器可以用于早期癌症诊断和疾病生物标志物的检测。
2. 纳米探测器
纳米探测器可以通过光学、磁性、声波等方式在体内或体外检测疾病。这些探
测器通常由纳米颗粒构成，可以通过改变其表面特性来识别和监测特定的生物分子。例如，纳米探测器可以用于糖尿病患者的持续血糖监测。
3. 纳米成像技术
纳米成像技术能够提供高分辨率、高对比度的图像，用于疾病的诊断和治疗跟踪。纳米粒子可以被标记在特定的细胞或组织上，并通过成像设备进行检测。例如，磁共振成像（MRI）中的超顺磁纳米颗粒可以用于肿瘤检测和定位。
4. 纳米药物载体
纳米药物载体可以承载药物，增加其稳定性和生物利用度。纳米药物载体的尺
寸和表面特性可以调控药物的释放速度和靶向性，以实现更好的治疗效果。例如，纳米胶囊可以将化疗药物精确地输送到肿瘤组织，减少对健康细胞的伤害。
二、纳米技术在医疗治疗中的应用
1. 纳米粒子治疗
纳米粒子可以用于靶向治疗，通过调控药物的释放和分布，以增强治疗效果。
这种治疗方法可以减轻药物的毒副作用，减少治疗过程中的疼痛和不适。例如，纳米粒子可以用于肿瘤治疗，提高药物在肿瘤组织中的浓度并减少对健康组织的损伤。
磁性纳米粒子在生物医学上的应用
磁性纳米粒子在生物医学上的应用摘要：磁性纳米粒子因其独特的性能而具有广泛的应用价值，尤其在生物分离、临床诊断、肿瘤治疗、靶向运输和组织工程领域，给人类疾病的治疗带来新的契机和希望。通过对磁性纳米粒子在上述方面的应用，概述说明其在生物医学方面的重要应用。
关键词：磁性纳米粒子生物医学应用
中图分类号：tb383 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）004-090-02
1 引言
磁性纳米材料是纳米材料的一个重要分类，除了在物理和化学方面具有纳米材料的介观特性外，还因为其具有如磁有序颗粒的小尺寸效应，宏观量子隧道效应，特异的表观磁性，超顺磁性等特殊的磁性能力，因此导致它奇特的应用。
2 磁性纳米粒子在生物分离中的应用
2.1 蛋白质和dna的磁分离
蛋白质和dna的分离是生物技术中的一个难题，目前为止，还没有一种成熟和完善的方法把其从复杂生物混合体系中分离出来。近年来，采用磁性纳米粒子与传统的方法相结合来分离蛋白质和dna的科研项目日益增多。
例如xu等利用小分子的多巴胺与氨基三乙酸结合，改性改性磁性纳米粒子的表面。改性后磁性纳米粒子在细胞裂解中蛋白质（六
聚组氨酸所标记）进行分离，每毫克磁性纳米粒子能够分离的最大蛋白载荷为2～3mg，是商品化微米级粒子的200余倍，其最小分离浓度达到3.3?？0-10mol/l，体现了磁性纳米粒子在生物分离领域中的巨大优势。
2.2 生物酶的磁偶联和磁分离
高催化反应活性仅是生物酶的特性之一，不仅如此，酶的催化底物有非常好的专一性和选择性，是一种十分理想的催化剂。催化反应时若用生物酶进行催化，往往需要固定化酶，酶的固定化既有助于实现酶与底物及其产物分离，又可以实现酶的重复利用。生物酶都具有很多的官能团，能够通过许多方式包括共价耦合、交联、物理吸附等方式将它们固定在磁性颗粒的表面。ulman研究小组实现了酶的偶联，酶在偶联到磁性纳米粒子表面以后，其稳定性大大提高，即便是在14天后，被偶联的酶活性仍能保持在原始酶的85%左右。
磁性纳米粒子的表面改性及其在生物医学领域的应用
随着 纳米 技 术 与生 物 医学 结合 的 日益 深 入 ，磁 性 纳
米 粒子 在生 物 标记 与分 离 、核 磁共 振 成像 、组织 修 Ｊ
复 、药 物载 体 以及 疾 病 诊 断 与 治 疗 等 方 面 显 示 出 广泛 的 应用 前 景 。
共沉淀法的反应原理是 ：Ｆ 与 Ｆ“的可溶性盐在 ｅ ｅ
为广泛 。
随着 磁性 纳 米粒 子合 成 技术 的 发展 ，已成 功 研 发 出 了一 系列 制备 形状 可控 、稳 定 性好 、单 分 散磁 性 纳 米 粒 子 的方 法 ，如共 沉 淀法 、高温 分解 法 、水 热 合 成法 、微 乳 液法 等 ，其 中共 沉淀 法 和高 温分 解法 是 最常 用 的制备
范志恒-纳米技术在医学上的应用--
4. 病理诊断方面 利用原子力显微镜可以在纳米水平
上揭示肿瘤细胞的形态特点。通过寻找 特异性的异常纳米结构改变,以解决肿 瘤诊断的难题。
5. 癌症的早期诊断 中国医科大学第二临床学院把纳米级微
第七节 人工红血球
人工红细胞的结构和工作示意图 随着转子的转动，气体分子与转子上的结合位
点结合再释放，从金刚石腔体进入到血浆中。
纳米医学不仅具有消除体内坏因素的功能，而 且还有增强人体功能的能力。我们知道，脑细胞缺 氧6至10分钟即出现坏死，内脏器官缺氧后也会呈现 衰竭。设想一种装备超小型纳米泵的人造红血球，
（3）由于载药纳米粒的粘附性及小的粒径， 即有利于局部用药时滞留性的增加，也有利于 药物与肠壁的接触时间与接触面积，提高药物 口服吸收的生物利用度。 （4）可防止药物在胃酸性条件下水解，并能 大大降低药物与胃蛋白酶等消化酶接触的机会， 从而提高药物在胃肠道中的稳定性。
（5）载药纳米粒可以改变膜运转机制， 增加药物对生物膜的透过性，有利于药物 透皮吸收与细胞内药效发挥。
CRDDS的一个重要方向是将药物粉末或溶液包 埋在直径为纳米级的微粒(Microparticles)中。 以纳米粒（nanoparticles,NP）作为药物载体， 将会大大提高疗效、减少副作用。
超顺磁性氧化铁在生物医学中的作用
超顺磁性氧化铁在生物医学中的作用
本文作者：郑文明钟联东单位：隆昌县中医院放射科隆昌县人民医院放射科
超顺磁性氧化铁纳米粒因其一系列独特而优越的理化性能受到人们日益广泛的关注。粒径小于20nm的磁性粒子具有超顺磁性质[1]，能够为外加磁场所控制，并且该粒径小于大多数重要的生物分子，如病毒、蛋白、基因以及细胞[2]，因此能有效进入生物组织内部探测生物分子的生理性能，在分子水平上揭示生命奥秘。随着纳米技术与生物医学结合的日益深入，超顺磁性氧化铁纳米粒在生物标记与分离[3]、核磁共振显影[4]、药物载体[5，6]以及疾病诊断与治疗[7]等方面显示出广泛的应用前景，尤其对其进行功能化修饰更成为研究热点。
1超顺磁性氧化铁纳米粒的表面改性
超顺磁性氧化铁纳米粒极易被氧化而失去磁性，此外，其高的比表面能和粒子之间磁偶极的相互作用，倾向于团聚成大的颗粒[8]。因此当超顺磁性氧化铁纳米粒应用于生物医学领域时，有必要对粒子进行表面改性，以增强超顺磁性氧化铁纳米粒的稳定性及生物相容性等理化性能。而更关键的原因是，材料改性不仅能稳定超顺磁性氧化铁纳米粒，还更能起到提高超顺磁性氧化铁纳米粒在水溶液中的分散性和生物相容性的作用，同时如果进一步复合其它的纳米粒子、化合物或生物配体，可实现超顺磁性氧化铁纳米粒的功能化，使得超顺磁性氧化铁纳米粒在生物医学领域得到更加广泛的应用。超顺磁性氧化铁纳米粒的表面改性可分为两种途径：一种是表面改性材料与粒子表面
依靠键合反应，通常是指一些有机小分子化合物；另外则是用有机或无机材料直接包裹超顺磁性氧化铁纳米粒，主要包括二氧化硅、表面活性剂、高分子聚合物等。
磁性纳米材料在生物医学领域的应用研究
磁性纳米材料在生物医学领域的应用研究
1、课题分析
磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。磁性纳米材料的应用可谓涉及到各个领域。在机械，电子，光学，磁学，化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响。并有可能从根本上解决人类面临的许多问题。特别是能解决人类健康和环境保护等重大问题。
磁性纳米材料具有良好的磁导向性、较好的生物相容性、生物降解性和活性能基团等特点，它可结合各种功能分子。如酶、抗体、细胞、DNA或RNA等。
因而在靶向药物、控制释放、酶的固定化、免疫测定、DNA和细胞的分离与分类等领域可望有广泛的应用。因此此行纳米材料是当前生物医学的一热门研究课题，有的已步入临床试验。鉴于此，我想对此有更多的了解，所以定了该课题。
2、背景知识
10 m。纳米技术是在纳米尺寸范围内，通
纳米是一种长度计量单位，1 nm=9
过直接操纵单个原子，分子来组装和创造具有特定功能的新物质。当物质颗粒小到纳米量级后，这种物质就可称为纳米材料。物质经过原子重排，使体积变小，小到微米级、纳米级时，性质就将发生改变。表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，从而使纳米粒子出现了许多不同于常规固体的新奇特性。由于纳米微粒尺寸小、比表面积大，表面原子数、表面能和表面张力随颗粒直径的下降急剧增大。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性。
磁性纳米粒子在生物学及医学领域的应用
加入碱性磷酸酶 酸酶标记的马抗鼠 Ｉ Ｇ 与 单 抗 结 合， ｇ 的化学发光底物 试 剂 ３－（ ２ ′ ４－甲 氧 基－ ４ －螺 旋 金 刚 烷 ） － － （ 苯－ ３ ″ １， ２－二 氧 杂 环 丁 烷 磷 酸 检 测 化 学 发 光 。 － 羟基 ） 考察了底物缓冲溶液 、 碱性磷酸酶浓度对化学发光强 度的影响 ， 比较了 Ｎ ａ ＢＨ４ 和甘氨酸对免疫磁珠剩余活 性醛基的封闭效 果 以 及 该 方 法 检 测 Ｅ． ｃ ｏ ｌ ｉ Ｏ １ ５ ７： Ｈ ７ 的特异性和敏感性 。 结 果 表 明 ， 碱性磷酸酶与底物在 碱性磷酸酶 ｃ缓冲溶液 中 反 应 的 化 学 发 光 强 度 最 高 ， 浓度决定了化学发 光 的 强 度 和 持 续 时 间 ， Ｎ ａ ＢＨ４ 对 活 性醛基的封 闭 效 果 优 于 甘 氨 酸 。 以 Ｄ 群 宋 内 氏 志 贺 氏菌 、 鼠 伤 寒 沙 门 氏 菌、 金黄色葡 Ｂ 群福氏志 贺 氏 菌 、 萄球菌和霍乱弧菌及 Ｅ． 为对照的比较实 ｃ ｏ ｌ ｉ Ｔ ｏ １ ０ ｆ ′ ｐ 验显示 ， 该检测方法具有良好的特异性 ， 以１ ｍ Ｌ 为菌 液检 测 体 积 时 对 Ｅ． ｃ ｏ ｌ ｉ Ｏ １ ５ ７： Ｈ ７的检测灵敏度为 ·ｍ 检测时间约为 ３ １ ０ ３ ｃ ｅ ｌ ｌ Ｌ－１ ， ｈ。 该方法适用于对 多样本进行筛查 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Part Part 1 1
简介
1.2 磁性微球的特性
大比表面
超顺磁性
生物相容性百度文库
功能基特性
随着微球的细化， 随着微球的细化， 其粒径达到纳米级 其粒径达到纳米级 比表面激增， 时，其比表面激增， 微球表面官能团密 度及选择性吸附能 力变大， 力变大，达到吸附 平衡的时间大大缩 粒子的分散稳 短，粒子的分散稳 也大大提高。 定性也大大提高 定性也大大提高。
蛋白质结合磁性微球示意图
15
Part Part 1 2 在生物分离中的应用 2.3 DNA/RNA分离纯化 DNA/RNA分离纯化
分子生物学在分析复 杂的基因组时， 杂的基因组时，需要制 备高纯度的DNA RNA。 DNA或 备高纯度的DNA或RNA。 为了进行基因重组或 基因治疗，也需要对DNA 基因治疗，也需要对DNA 进行分离纯化， 进行分离纯化，得到其 纯品。 纯品。 使用磁性载体技术能 收到很好的DNA DNA分离纯化 收到很好的DNA分离纯化 效果。 效果。
20
Part Part 1 3 在生物医学中的应用 3.2 在药物靶向中的应用
生物导向——将特定的抗体结合 将特定的抗体结合 生物导向 在磁性载体表面， 在磁性载体表面，通过与肿瘤细 胞表面的抗原性识别器发生特异 性结合， 性结合，使药物准确运送到肿瘤 细胞中。 细胞中。
相对于普通组织器官， 相对于普通组织器官，动物的肝 脾脏、肿瘤、 脏、脾脏、肿瘤、淋巴结等对磁 性纳米粒子或载药磁性纳米粒子 具有天然的蓄积能力， 具有天然的蓄积能力，因而可起 到很好的靶向效果
18
Part Part 1 3 在生物医学中的应用 3.1 在核磁共振（MRI）中的应用 在核磁共振（MRI）
磁性颗粒外部包裹着特有病毒的抗体，注射入人体进行检测， 磁性颗粒外部包裹着特有病毒的抗体，注射入人体进行检测，一旦人体内存在 这种病毒，他们将与磁性颗粒上的抗体结合形成大的颗粒团，然后通过MRI（磁 这种病毒，他们将与磁性颗粒上的抗体结合形成大的颗粒团，然后通过 （ 共振成像）或者NMR（核磁共振）就能发现病毒的位置。 共振成像）或者 （核磁共振）就能发现病毒的位置。
22
Part Part 1 3 在生物医学中的应用 3.3 在肿瘤磁热治疗中的应用
利用生物靶向或磁场导向作用,将磁 利用生物靶向或磁场导向作用 将磁 性纳米粒子经由肿瘤的供血动脉引到 肿瘤部位，然后在肿瘤周围施加交变 肿瘤部位，然后在肿瘤周围施加交变 磁场， 磁场，磁性纳米粒子受到交变磁场的 作用而产热 产热（ ），从而起到 作用而产热（40-46oC），从而起到 ）， 热疗的作用。 热疗的作用。
14
Part Part 1 2 在生物分离中的应用 2.2 蛋白质分离纯化
传统的蛋白质分离方法有盐析、有机溶剂沉淀法、 传统的蛋白质分离方法有盐析、有机溶剂沉淀法、膜分离技术和层析技 改变溶液的pH值 介电常数、温度或者是离子强度等因素。 术等，改变溶液的 值、介电常数、温度或者是离子强度等因素。 Herdt等利用羧基修饰的吸附 解离速度快的核壳型 等利用羧基修饰的吸附/解离速度快的核壳型 等利用羧基修饰的吸附 解离速度快的核壳型(FeO/PPA)磁性纳米 磁性纳米 颗粒与Cu-亚氨基二乙酸 亚氨基二乙酸(IDA)共价交联，通过 与组氨酸较强的亲和 共价交联， 颗粒与 亚氨基二乙酸 共价交联 通过Cu与组氨酸较强的亲和 能力实现了组氨酸标记蛋白的选择性分离
简介
机械粉碎 蒸发凝聚 离子溅射 冷冻干燥 均相制备：共沉淀法、高温分解法、水热法 非均相制备：溶胶-凝胶法、微乳液 法、超声化学法等
1.3 磁性微球的制备
物理法 磁纳米 粒子 生物法 化学法
有机小分子复合 磁性复合 粒子 有机高分子复合 其它材料（SiO2等）
共混包埋 界面沉积 活化溶胀 单体聚合
不与非特定细胞结合
应用 条件
具有灵敏的磁响应性 在细胞分离介质中不凝结
11
Part Part 1 2 在生物分离中的应用 细胞分离---分类（直接/间接法） ---分类 2.1 细胞分离---分类（直接/间接法）
基于磁性纳米粒子的细胞亲和磁性分离示意图（A）直接分 离法，黑箭头所示；（B）间接分离法，白箭头所示
21
Part Part 1 3 在生物医学中的应用 3.2 在药物靶向中的应用
物理导向———利用外加磁场，使磁性药物载体在 利用外加磁场， 物理导向 利用外加磁场 病变部位富集，减小正常组织的药物暴露， 病变部位富集，减小正常组织的药物暴露，降低毒 副作用，提高药物的疗效。 副作用，提高药物的疗效。
6
Part Part 1 1
简介
1.3 磁性微球的制备
氨基硅烷修饰磁性纳米粒子原理图
7
在生物分离方面的应用
8
Part Part 1 2 在生物分离中的应用
多种生物实体的大小比较
9
Part Part 1 2 在生物分离中的应用
互补的DNA 互补的DNA 和RNA 抗体和抗原
生物分子识别
酶与底物、辅酶 酶与底物、 生物素与亲和素 抗体与病毒、细菌、 抗体与病毒、细菌、细胞表面受体 。。。。。。
碱基互补法
16
在生物医学中的应用
17
Part Part 1 3 在生物医学中的应用 3.1 在核磁共振成像（MRI）中的应用
使用磁性纳米颗粒可以发现潜伏在人体中的病毒
磁共振成像（MRI） 磁共振成像（MRI）技术由于可以用来对生物内脏器官和软组织进行无 损的快速检测，作为临床诊断手段，目前它已经发展成为诊断软组织病变， 损的快速检测，作为临床诊断手段，目前它已经发展成为诊断软组织病变， 尤其是检测肿瘤的最为有效的方法之一。 尤其是检测肿瘤的最为有效的方法之一。
磁性纳米微球在生物中 的应用
1
磁纳米粒子的应用
1
简介 细胞分离 蛋白质分离 核酸分离 核磁共振成像（ 核磁共振成像（MRI） ）
2
在生物分离方面的应用
5
在生物医学中的应用
药物靶向 肿瘤磁热疗
2
磁纳米粒子的应用
简介
3
Part Part 1 1
简介
1.1 磁性微球结构
A.B 核壳型
C.混合型
D.多层型
10
Part Part 1 2 在生物分离中的应用 2.1 细胞分离
免疫磁珠分离细胞已被广泛应用于人类各种细胞的分离， 免疫磁珠分离细胞已被广泛应用于人类各种细胞的分离，如T(CD3)、B(CD19) 、 淋巴细胞、内皮细胞(CD34)、造血祖细胞 巨噬细胞(CD14)、胰岛细 淋巴细胞、内皮细胞 、造血祖细胞(CD34)、单核 巨噬细胞 、单核/巨噬细胞 、 胰岛GK和 多种肿瘤细胞等。 胞(胰岛 和GLUT2（葡萄糖转运子）) 、多种肿瘤细胞等。 胰岛 （葡萄糖转运子）
12
Part Part 1 2 在生物分离中的应用 细胞分离---分类（正相/负相分离） ---分类 2.1 细胞分离---分类（正相/负相分离）
13
Part Part 1 2 在生物分离中的应用 2.1 细胞分离 与传统方法相比： 与传统方法相比：
磁分离法操作缓和， 磁分离法操作缓和，确保生物活 性成分结构完整性; 性成分结构完整性 操作简单， 操作简单，所有的纯化步骤可在 一个试管中完成;无需昂贵的离心 一个试管中完成 无需昂贵的离心 色谱系统和超滤装置等; 机、色谱系统和超滤装置等 无需复杂的洗脱、 无需复杂的洗脱、去杂等精细操 作步骤，产物浓度大; 作步骤，产物浓度大 此外， 此外，磁分离技术很容 易实现分离分析的自动化。 易实现分离分析的自动化。
原理： 原理：改变病变组织中质子的自 自旋弛豫时间， 旋－自旋弛豫时间，从而达到增强 对比度的效果
19
Part Part 1 3 在生物医学中的应用 3.2 在药物靶向中的应用
生物医学领域， 生物医学领域，磁性粒子经过表面修饰而带有一定电荷 或功能基团，可与特异性抗体结合， 或功能基团，可与特异性抗体结合，作为药物载体用于药 物的输运。 物的输运。 这种磁性载体能借助于外加磁场的导向作用， 这种磁性载体能借助于外加磁场的导向作用，将药物运 送到人体预定的病变部位进行控制释放， 送到人体预定的病变部位进行控制释放，这样即可以减少 毒副作用，不杀死正常细胞，又可降低药物用量， 毒副作用，不杀死正常细胞，又可降低药物用量，大大提 高了药物效率，因此被形象地称为“药物导弹 技术。 药物导弹”技术 高了药物效率，因此被形象地称为 药物导弹 技术。 靶向药物对磁性载体粒子要求比较严格， 靶向药物对磁性载体粒子要求比较严格，如生物相容性 可生物降解、无毒性、尺寸小、磁性强等。 好、可生物降解、无毒性、尺寸小、磁性强等。
在外加磁场作 用下软磁性高 分子微球可产 生磁性， 生磁性，并做 定向移动， 定向移动，磁 场去出后磁性 消失， 消失，由此可 方便地进行分 离和磁性导向。 离和磁性导向。
纳米磁性微球与 多数生物高分子 如多聚糖、 如多聚糖、蛋白 质等具有良好的 生物相容性。 生物相容性。在 生物工程， 生物工程，特别 是在生物医学领 域应用， 域应用，具有良 好的生物相容性 是非常重要的。 是非常重要的。
Cell
MP
MP
T-Cell
MP MP
MP
MP
MP
Cell
MP
Cell
MP
+
MP MP
MP
T-Cell
MP
T-Cell
MP
MP
23
24
磁性微球由载体微球和配基结合而成。 磁性微球由载体微球和配基结合而成。理想的磁性微球为均匀的 球形、具有超顺磁性及保护性壳的粒子。 球形、具有超顺磁性及保护性壳的粒子。
磁性材料：金属（Fe、Co、Ni）；铁氧体（MeO·Fe2O3）；合金（FeCo）。 主要包括： 主要包括： 高分子材料 ： 如聚乙烯亚胺酶类、多糖（葡聚糖、果胶等）、球蛋白。 功能配基：如氨基(-NH2)、羧基(-COOH)、羟基(-OH)，使其表现具有疏水-亲水、 非极性-极性、带正电荷-带负电荷等不同的物理性质。
磁性微球表面功 能化的基团能与 生物高分子的多 种活性基团如种活性基团如 OH、-COOH、、 、 NH2共价连接， 共价连接， 共价连接 可在其表面稳定 地固定生物活性 物质(如抗体 如抗体、 物质 如抗体、抗 受体、 原、受体、酶、 核酸和药物等)。 核酸和药物等 。
5
Part Part 1 1