磁性纳米粒子

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磁性四氧化三铁生物纳米颗粒 制作简单,直径可达10 nm 以下,具有比表面积效应和磁 效应。 在纳米颗粒的表面可吸附大量DNA。在外加磁场的作用下, 可具有靶向性。 四氧化三铁的晶体对细胞无毒。 为达到生物相容性,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,蛋白质等形成核壳式结 构。由于纳米颗粒有巨大表面能,有多个结合位点,因而携 带能力优于其他载体,且转染效率高于目前使用的载体, 因 此磁性生物纳米颗粒可成为较好的基因载体。

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结束语
磁性纳米材料目前处于研究实验阶段, 有些问题 还需要进一步研究解决,但磁性纳米材料在生物医 学领域已表现出独特的优势,具有潜在的应用前 景。随着高分子材料学、电磁学、医学、生物工 程学的进一步发展,必将加速推动对磁性纳米材料 的基础研究和在生物医学领域应用研究工作, 使 之进入一个新的发展阶段。

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细胞分离和免疫分析 磁性纳米微球性能稳定, 较易制备, 可与多种分子 复合使粒子表面功能化。如果磁性微球表面引入 具有生物活性的专一性抗体, 在外加磁场的作用 下, 利用抗体和细胞的结合, 就可以得到免疫磁性 微球, 利用它们就可快速有效地将细胞分离或进 行免疫分析, 具有特异性高、分离快、重现性好 等特点。

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Characters
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 可结合各种功能分子,如酶、抗体、细胞、DNA 或RNA 因而有望广泛应用于靶向药物、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

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制备
理想的载体要求：
较小的粒径和较好的单分散性以使其具有均一的物理、化学和生物性 能 高的比饱和磁化强度 提高磁控靶向时的可操作性 低的剩余磁化强度 避免使用过程中的磁性团聚
最常用的一种磁性纳米颗粒是基于超顺磁性纳米氧化铁为 内核, 高分子为外壳的纳米级微球,即超顺磁性氧化铁纳米 粒。 方法： 有化学共沉淀法、微乳液法、超声沉淀法和溶胶凝胶法及 水热法、机械球磨法、喷雾热解法、超临界法等。

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基因治疗
20 世纪70 年代,医学领域提出了“基因治疗”这一概念, 即 将遗传物质导入细胞或组织,进行疾病的治疗即将遗传物 质导入组织或细胞进行疾病治疗。目前常用病毒载体和脂 质体载体。 病毒载体--制备困难,装载外源DNA 大小有限制,能诱导宿 主免疫反应及潜在的致瘤性等缺点。 脂质体---聚合物的颗粒大小是影响转染效率的因素之一。 磁性纳米粒子---克服了它们的缺点。磁性材料直径可达10 nm 以下, 在外磁场作用下具有靶向性。磁性材料外部包 裹生物高分子,从而增强了生物相容性,对细胞无毒,而且在 血管中循环时间大大延长。
在PLL- DCIONP和质粒的质 量成一定的比例时，它的 转染效率甚至高于脂质体。

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实验显示在一定条件下此纳米颗粒可以作为一种 非常有效的基因载体。如何优化条件，进而取代 脂质体，是下一步的研究目标。随着纳米技术的 兴起，生物纳米技术在基因治疗领域一定大有可 为。
1-4道对照DNA、PH=3、PH=7 、PH=9 PH=3时结合能力强，DNA未出孔。 PH=7、9时结合能力弱。 表面修饰有多聚赖氨酸的纳米氧化铁颗粒 （PLL-DCIONP）在中性和碱性 条件下仍能结合DNA.

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氧化铁纳米颗粒的DNA沉淀实验
PH=3，4℃1h，12000r15min 取上清260nm测吸光度 1-8分别为对照及DCIONP与DNA质量比 为0.05：1、0.1、0.5：1、0.7：1 1：1、1.5：1、2：1 0.05：1时结合80% ， 2：1时几乎全部结合

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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, 提高固定化酶的催化效率。

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超顺磁性
磁性材料的磁性随温度的变化而变化，当温度低 于居里点时，材料的磁性很难被改变；而当温度 高于居里点时，材料将变成“顺磁体” （paramagnetic），其磁性很容易随周围的 磁场改变而改变。如果温度进一步提高，或者磁 性颗粒的粒度很小时，即便在常温下，磁体的极 性也呈现出随意性，难以保持稳定的磁性能，这 种现象被就是所谓超顺磁效应 （SuperparaMagnetic Effect）。

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矫顽力
居里温度
矫顽力-使铁磁质完全退磁所需要的反向磁场的大 小，叫铁磁质的矫顽力。 居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改 变的温度。低于居里温度时该物质成为铁磁体， 此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居 里温度时,该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易 随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为 10的负6次方。
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磁性纳米颗粒
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Concept
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。 当铁磁材料的粒子处于单畴尺寸时, 矫顽力(Hc) 将呈现极大值, 粒子进入超顺磁性状态。 当磁性纳米粒子的粒径小于其超顺磁性临界尺寸 时, 粒子进入超顺磁性状态, 无矫顽力和剩磁。

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氧化铁纳米颗粒的DNA保护实验
用DNASE-I消化DNA，产物 琼脂糖凝胶电泳。 PH=3，DCIONP可保护DNA免遭降解。 PH〉3，保护力弱。 PLL-DCIONP在中性环境也能保护DNA。

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体外转染实验

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评价磁纳米颗粒作为基因载体的可行性 1. 氧化铁纳米颗粒的电镜检测（D<=10nm）
图! 氧化铁磁性A结合实验 不同酸碱度条件下，DCIONP和DNA 的结合情况。

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磁畴
块状磁性材料因交换作用能,磁各向异性能而导致 磁矩平行排列在其易轴方向,但这将导致很强的退 磁能。尺寸R越大,退磁能越高,为降低能量,材料 必然分裂成磁畴,但在两个畴之间的畴壁过渡区, 磁矩必然偏离易轴,相邻磁矩也不再平行,由此产 生的畴壁能将介入总能量的平衡。 当粒子尺寸R很小时,畴壁能相对于退磁能更严重, 没有必要再分磁畴,就形成了单畴粒子 。

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生物医学领域的应用
靶向药物载体技术 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 基因治疗

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靶向药物载体技术 纳米颗粒的粒径比较小, 可以通过毛细血管,因而 可用磁性纳米材料作为定向载体, 在外加的磁性 导向系统下, 将药物输送到特定的病变部位释放, 增强疗效、减少药物对人体正常组织的副作用、 具有良好的生物兼容性, 即磁靶向给药系统技 术。目前最常用的磁性材料是Fe3O 4 磁粉或铁 磁流体, 在外磁场作用下铁磁流体可在体内定向 移动聚集, 去除磁场后, 不再显示磁性 , 并可定 期、安全地排出体外,