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。

磁性纳米材料指具有磁响应性的纳米材料，在外加磁场的作用下这些纳米材料具有强的磁响应信号。磁性纳米材料运用于生物医学领域具有小尺寸效应、良好的磁导向性、生物相容性、生物降解性和活性功能基团等特点。由于磁性生物纳米材料的生物活性、亲和性或反应活性，磁性纳米生物材料具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、酶的固定化、免疫测定、细胞的分离与分类等领域有广泛的应用。医学实验研究表明磁流体能逃逸网状内皮细胞系统的吞噬，具有优良的导向性，因此成为对生物体最有应用前景的导向材料之一。此外，人们利用纳米粒子使药物在人体内的传输更为方便这一特点，将磁性纳米粒子制成药物载体，通过静脉注射到动物体内，在外加磁场作用下通过纳米微粒的磁性导航，使其移动到病变部位达到定向治疗的目的，该方法局部治疗效果好而且副作用少。动物临床实验证明，带有磁性的Fe203粒子是发展这种技术的最有前途的功能材料。

相关领域的研究专家学者有侯仰龙、王晓文、唐劲天、陈庆梅、宗小林、刘毅敏、赵先英、杨旭、王祥智、赵华文、徐晓雪、李莉、郑玉峰

3、解决的问题

a. 纳米磁性材料在生物医学领域的应用有哪些方面。

b. 纳米磁性材料在生物医学领域的应用存在的问题。

c. 纳米磁性材料在生物医学领域应用的发展前景和方向。

4、检索过程和方法

（1）检索了中国期刊网、中文科技期刊全文数据库、万方数据库，用了Google学术搜索引擎。

（2）主要用的是关键词检索，检索词“磁性纳米材料生物医学应用”、“磁性纳米材料应用”，逻辑关系都是与

（3）相关文献：

[1] 陈功，殷珺《磁性纳米材料在生物医学领域的应用》江苏省中医院医学工程信息部、东南大学生物医学工程系中国医学装备2006，3(8)

摘要：靶向药物载体技术，细胞分离技术，免疫分析，酶的吸附与固定作用和基因治疗几个方面简要分析磁性纳米材料在生物医学领域的应用及其发展过程中有待解决的问题。

[2] 王晓文唐劲天《磁感应纳米基因靶向治疗方法的研究与展望》清华大学工程物理系医学物理与工程研究所中国微创外科杂志2009年6月第9卷第6期

摘要：磁感应纳米基因靶向治疗方法是一种联合磁感应热疗和热诱导基因治疗的综合肿瘤治疗方法。磁性纳米颗粒既是磁感应热疗的核心介质,也可以作为肿瘤基因治疗的非病毒载体。如果我们采用热诱导启动子来控制治疗基因表达,利用磁性纳米颗粒载体携带治疗基因进入靶细胞,那么在交变磁场的作用下,磁性纳米颗粒感应升温就能够激活热诱导启动子,实现磁感应热疗诱导和热诱导基因治疗联合应用。我们还可以通过在磁性纳米颗粒表面耦联不同的靶向分子,或利用纳米粒子的磁性实现靶向

聚集,有可能解决磁感应介质和基因治疗中靶向定位问题。本文首次提出了磁感应纳米基因靶向治疗方法的概念,并从现有的相关研究基础出发,对实施磁感应纳米基因靶向治疗方法的可行性和可能存在的问题进行综述。

[3] 刘新权，景猛，李长宇，刘恩重《磁性纳米材料的研究现状及其在神经干细胞移植中的应用》哈尔滨医科大学神经外科实用临床医学杂志2003，7(3)

摘要：磁性纳米材料经过包衣等处理后可作为超顺磁性氧化铁纳米材料用于磁共振成像，在疾病诊断上有重要用途。超顺磁性氧化铁粒子(SPIOs)是具有组织特异性高、更安全的新型的磁共振阴性对比剂，目前主要用于富含网状内皮系统的肝、肺、淋巴结、骨髓等增强成像，具有其独特的临床诊断价值，但刘于网状内皮系统以外的其他组织的增强成像效果很不理想。因此避免纳米微粒被网状内皮系统吞噬，提高其主动靶向性成为纳米粒的另一个研究目标。

[4] 陈庆梅，宗小林《磁性纳米材料及其在癌症诊疗中的应用》江西中医学院计算机系、浙江大学生物医学工程教育部重点实验室微纳电子技术2009，46(6)

摘要：磁性纳米材料在不同的尺寸下分别呈现出铁磁性和超顺磁性。介绍了不同形式和用途的磁性纳米材料，包括磁性纳米颗粒、磁性脂质体、磁流体、铁磁微晶玻璃、碳铁复合物、超顺磁性氧化铁等，并对近年来磁性纳米材料在磁共振成像、肿瘤细胞

分离、肿瘤靶向热疗、栓塞治疗及药物磁导向方面的应用进行了综述。总结了磁性纳米材料在癌症诊断及治疗中的作用和面临的困难，并对磁性纳米材料在深部肿瘤的诊断及癌症的联合治疗、基因治疗等应用方向进行了展望。

[5] 黄明鸣《荧光磁性纳米材料的制备及其在磁共振方面的应用》上海师范大学2009

摘要：近十几年来,纳米科技得到了迅猛发展,并且广泛渗透于各个学科领域,形成了一系列既相对独立又互相联系的分支学科,其中由纳米科学、生物学和医学交叉结合形成的纳米生物医学,是最引人注目、最有生命力的发展方向之一。生物医用功能纳米材料的制备与应用是其主要研究内容之一。其中,荧光二氧化硅由于具有优越的荧光纳米效应,已经被应用于荧光标记探针、荧光传感器的制备等研究中。磁性纳米材料由于具有粒径小和强的可操纵性而被成功地应用于疾病的诊断与治疗以及生物物质的分离等方面,尤其是其作为造影剂在磁共振成像方面具有非常好的应用前景。本文主要研究了荧光二氧化硅和磁性纳米材料的制备,并对磁性纳米材料作为造影剂在磁共振方面的应用进行了初步探讨。(1)在没有加入任何无机和有机荧光团的情况下,采用一步法合成有荧光的二氧化硅纳米粒子,用透射电子显微镜和扫描电子显微镜表征了粒子的形貌,用红外光谱证明合成了二氧化硅纳米粒子,用荧光分光光度计测定了荧光强度,并且进一步研究了煅烧温度对粒子荧光强度的影响。结果表明:所得二氧化硅纳米粒子为球形,粒径均匀,直径在160nm左右;在二氧化硅的制备过程中添加无荧光基团的有机硅烷,经煅烧可以产生荧光。

[6] 刘毅敏，赵先英，杨旭，王祥智，赵华文《基于磁性纳米材料的肿瘤治疗研究》第三军医大学化学教研室材料导报2007，21(z2)

摘要：磁性纳米粒子是结合了纳米科技和电磁技术的高新材料，在生物、医药领域有很好的应用前景。介绍了磁性纳米粒的基本特性及在肿瘤靶向治疗方面的研究。[7] 侯仰龙《磁性纳米材料的化学合成、功能化及其生物医学应用》北京大学工学院先进材料与纳米技术系今日化学2010，25（2）

摘要：从纳米材料的生长动力学模型出发,讨论磁性纳米材料的控制合成原理。总结磁性纳米材料的化学设计与合成、表面功能化及其在核磁共振成像和多模式影像等方面的应用研究最新进展。

[8] 肖旭贤，何琼琼，黄可龙《磁性纳米生物材料在医学上的应用》中南大学化学化工学院,中南大学基础医学院病理教研室生物技术通报2006（3）

摘要: 磁性纳米生物材料因其独特的性能而具有广泛的应用价值, 尤其在肿瘤治疗, 细胞及生物分子的分离纯化, 临床诊断和组织工程领域, 给人类疾病的治疗带来了新的契机和希望。本文介绍和评估了国内外纳米磁粒在医学应用上的进展, 并展望了其未来。

[9] 陈克正，刘兴斌《纳米微粒在生物医学领域的应用研究进展》青岛化工学院纳米材料研究所，青岛市人民医院青岛化工学院学报2000，21（1）

摘要: 纳米颗粒的比表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力强等这些优异性质, 为生物医学研究提供了新的研究途径。文中综述了纳米微粒在生物医学领域中的应用研究进展情况。

[10] 徐晓雪，李莉，郑玉峰《生物医用磁性纳米颗粒的制备与表面改性》哈尔滨工程大学生物医学材料与工程研究中心材料科学与工艺2008,16（4）

摘要：磁性纳米颗粒目前是生物医用纳米材料领域异常活跃的方向之一．不同方法制备的磁性纳米颗粒经不同聚合物或分子表面改性后具有多方面的生物医学应用．本文综合评述了磁性纳米颗粒的制备方法。如共沉淀法、溶胶一凝胶法、微乳剂法等；总