纳米粒子范文第1篇

Abstract： Nano-materials are widely used due to their unique properties， but the agglomeration of nanoparticles plagued preparation and application of nano-materials， and surface modification is an effective solution to this problem. The causes of the agglomeration of nanoparticles were introduced， dispersion processes of nanoparticles were discussed， dispersion mechanism of nanoparticles and dispersion technology of nanoparticles were focused on analysis. And hope for the preparation of nano-materials mass production and application to provide certain theory basis.

P键词：纳米粒子；团聚；纳米材料；分散

Key words： nanoparticles；accumulation；nano-materials；dispersion

中图分类号：TQ174 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0157-02

0 引言

近年来，科学方面的一项重大发展就是纳米技术，关于纳米技术的研究多个学科都趋之若鹜。当前纳米粒子被广泛应用在民用和工业领域，这是因为利用纳米粒子能够让材料发生奇异的变化，具有材料之前本不具备的性能，其诱人特征特别表现在力学、光电、结构、催化及物理化学性质等方面。然而，纳米粒子的应用和制备过程中也面临着一个很大的问题，即纳米粒子的团聚问题，具体来说：对于纳米聚晶材料，团聚问题会导致颗粒异常长大，造成性能的劣化；对于具有自组装结构的纳米材料，团聚问题会使结构发生变化；对于各类直接利用纳米粒子的场合，团聚问题更是直接影响了材料的效率和性能[1]。由此可知，制约纳米技术不断完善和进步的关键原因就是纳米材料中纳米粒子的团聚。基于此，本文首先分析了纳米粒子团聚的原因，然后针对纳米粒子的分散过程和分散机理，探讨了纳米粒子的分散技术。

1 纳米粒子团聚的原因

所谓纳米粒子的团聚是指原生的纳米粉体颗粒在制备、分离、处理及存放过程中相互连接、由多个颗粒形成较大的颗粒团簇的现象。一般来说，粒子团聚包括硬团聚体和软团聚体两种形态。硬团聚的形成主要受静电力、范德华力、化学键作用以及粒子间液相桥或固相桥的强烈结合作用；软团聚主要是由粒子间的静电力和范德华力或因团聚体内液体的存在而引起的毛细管力所致。

2 纳米粒子的分散过程

近年来新兴发展了一门边缘学科，即纳米粒子分散。其是指粉体粒子在液相介质中分离散开并在整个液相中均匀分布的过程，和普通微米级颜、填料在涂料用树脂中分散一样。

2.1 润湿过程

润湿过程是指粒子表面吸附液相介质，粒子与粒子之间的界面被粒子与溶剂、分散剂等液相介质界面所取代的过程。可用润湿角来表示粒子在介质中润湿程度的好坏[2]。其中润湿角θ可由杨氏公式表示：

cosθ=（γS-γSL）/γL

式中，γSL表示润湿后固液界面的表面张力；γL表示液相介质表面张力；γS表示固体粒子表面张力。从润湿的角度分析，选用低界面自由能的溶剂，有利于纳米粉体的润湿。对于确定的固体粉末及液态介质而言，若γL、γS不变，通过提高γSL能够减小θ，改变固/液界面状态、添加润湿分散剂能够达到提高γSL的目的。

2.2 分散过程

纳米粒子的分散过程是指通过外加机械力（挤压、剪切等）作用，利用超声分散、高速搅拌、辊轧、平磨、砂磨、球磨等手段将纳米粒子团聚体打开，使其分散为更小的粒子的过程[3]。

纳米粒子团聚体全部变成原级粒子是纳米粒子分散的理想状态，但是在现实中理想状态出现的概率很小。在常规分散期间，随着纳米粉体粒径的逐渐变小，表面积会逐渐增加，那么一部分分散纳米粒子的机械能就会传递给新生表面，造成粉体表面能上升。在热力学上表面能的上升是不稳定的，且粒子有重新团聚的可能性，实现分散与团聚的动态平衡。通过将润湿分散剂引入分散体系中，能够改变该过程的平衡常数，让粒子粒径向小的趋势发展，且同时粒径分布变窄。

2.3 稳定化过程

稳定化过程是将原级粒子或较小的团聚体在静电斥力、空间位阻斥力作用下来屏蔽范德华引力，使粒子不再聚集的过程，使经机械力作用分散后的粉体，在外力撤除后仍然保持稳定悬浮状态，维持已经获得的粒径及粒径分布，分散体系无异常。

很多因素都会影响到分散体系稳定性，包括表面吸附层、表面电荷、布朗运动、重力（或浮力）作用、范德华吸引力、奥氏熟化作用、表面自由能等。前两者是分散体系的稳定化因素，后两者是分散体系的失稳因素。对分散体系的稳定性而言，布朗运动具有双重作用[4]：一是布朗运动会使粒子之间出现相互碰撞，客观上增加了粒子之间重新团聚的可能性；二是布朗运动会让粒子扩散，因重力（或浮力）作用产生的浓度差会因此减弱。

3 纳米粒子的分散机理

3.1 双电层静电稳定机理

双电层静电稳定理论，也称DLVO理论[5]。静电稳定是指粒子表面带电，在其周围会吸附一层相反的电荷，形成双电层，通过产生静电斥力实现体系的稳定。分析DLVO理论可知，两种相互作用势能存在于带电胶粒之间，即范德华吸引能VA和双电层静电排斥能VR，粒子双电层之间的相互排斥引起双电层静电排斥能。分散体系总的势能VT：

VT=VA+VR

3.2 空间位阻稳定理论

DLVO理论并非适用于所有的粒子分散体系，部分非水性介质中粒子的分散该理论不适用[6]。这是因为未将聚合物层的作用考虑在内，胶体吸附聚合物后产生了一种新的排斥能――空间排斥势能VSR。此时粒子之间的总势能VT：

VT=VA+VR+VSR

由上式可知，对于体系稳定性来说，空间排斥势能VSR的作用不可或缺，故称为空间位阻稳定机理。

3.3 空缺稳定机理

粒子一旦对聚合物产生负吸附，那么在粒子表面层，溶液的体相浓会高于聚合物浓度。由此在粒子表面会形成一种“空缺层”，一旦空缺层发生重叠时，斥力能或吸引能就会产生，改变物系的势能曲线。在高浓度溶液中，占优势的是斥力，使胶体稳定；在低浓度溶液中，占优势的是吸引能，胶体稳定性下降[7]。

4 纳米粒子的分散技术

纳米粒子极易产生自我聚集，表现出强烈的团聚特性，若不及时将纳米粒子分散开，不断团聚的粒子就会影响到材料的性能。因此，研究纳米粒子的分散技术至关重要，且刻不容缓。当前纳米粒子的分散方法主要有物理分散和化学分数两类。

4.1 物理分散

物理分散方法主要有高能处理法、超声波分散法和机械分散法三种，具体如下[8]：

①高能处理法：利用高能粒子作用，增强纳米粒子表面活性，使其与其它物质发生化学反应或附着，从而达到分散的效果。②超声波分散法：为避免或减少纳米粒子团聚，可将待处理的粒子悬浮体放置在超声场中，用科学的超声波进行必要处理。③机械分散法：其原理是借助机械能，比如外界剪切力或撞击力等，让纳米粒子在介质中充分分散，该方法操作简单。

4.2 化学分散

化学分散实质上是利用表面化学方法加入表面处理剂来实现分散的方法[9]。

①分散剂分散：合理选用分散剂提高悬浮体的分散性，改善其稳定性及流变性。②酯化反应：金属氧化物与醇的反应称为酯化反应。用酯化反应对纳米粒子表面修饰，使其表面变成亲油疏水的表面，在实践应用中该方法的实用价值最高。③偶联剂法：偶联剂具有两性结构，其分子中的一部分基团可与粒子表面的各种官能团反应，形成强有力的化学键合，另一部分基团可与有机高聚物发生某些化学反应或物理缠绕。

5 结语

随着纳米科学和纳米技术广泛地应用于工业和民用领域，纳米粒子的团聚问题将会直接影响到纳米材料使用过程中的经济和社会效益。本文通过分析纳米粒子的分散过程、分散机理，提出了多种纳米粒子的分散技术，有效解决了纳米粒子的团聚问题，未来纳米粒子的应用将更加广泛。

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纳米粒子范文第2篇

关键词 Fe3O4 磁性纳米粒子；制备；表面修饰

中图分类号 TB383；O643 文献标识码 A 文章编号 1000-2537（2016）03-0046-10

Abstract The biocompatibility， ease of surface modification， and excellence of magnetic properties make Fe3O4 magnetic nanoparticles very promising materials for diverse applications. In this review five main chemical synthesis approaches， sol-gel method， co-precipitation method， high-temperature decomposition method， micro emulsions method， and solvothermal method， were described. In addition， surface modification strategies by inorganic materials， organic functional molecules and polymers were also presented.

Key words Fe3O4 magnetic nanoparticles； synthesis； surface modification

磁性纳米材料在光、电、热、磁、敏感特性等方面表现出不同于常规材料的特性[1]，近年来已应用于磁流体[2]、催化剂[3]、生物工程和生物医学[4]、磁共振成像[5-6]、磁记录材料[7]和环境保护[8-9]等众多领域.Fe3O4磁性纳米粒子具有超顺磁性、小尺寸效应、表面效应、量子隧道效应等优良特性[10].1925年Welo和Baudisch首次利用化学共沉淀法[11]制备了Fe3O4磁性纳米粒子，随后热分解法、微乳液法、水热合成法和溶胶-凝胶法等不同的制备方法也相继出现.制备粒径小且分布窄、磁性优良、表面性能稳定和生物相容性好的磁性纳米Fe3O4是目前研究主要目标.

1 Fe3O4磁性纳米粒子的制备

磁性纳米Fe3O4的性能因制备方法不同而各异，目前磁性纳米Fe3O4制备方法有物理法、微生物法和化学法.

磁性纳米Fe3O4的物理制备方法主要包括蒸发冷凝法和物理气相沉积法.蒸发冷凝法是运用激光加热、微波辐射、真空蒸发等方法使原料气化或形成等离子体，产物经骤冷、分离得到超细粒子.如通过激光诱导Fe（CO）5气相热解可制备Fe基纳米粒子[12].该方法所制备的粒子纯度高、结晶组织好、粒度分布均匀且可控，但其技术难度大，对设备的结构及材质要求高.物理气相沉积法广泛应用于纳米薄膜的制备，制备过程中薄膜沉积条件的控制非常重要，并以采用高溅射气压和低溅射过程为佳，可获得纳米结构的薄膜[13-14].

利用微生物Fe（Ⅲ）还原菌：厌氧杆菌属（如Thermoanaerobacter ethanolicus strain TOR 39）和希瓦氏菌属（如Shewanella loihica strain PV 4）在厌氧条件下可制备Fe3O4纳米粒子[15].微生物法制备Fe3O4纳米粒子，产量高，重现性好，成本低及能耗低.虽然微生物法制备的磁性纳米粒子表现出明显的优势，尤其在生物相容性方面，但该方法的缺点是细菌培养困难，粒子提取过程比较繁琐，所得粒子的粒径可控范围也比较受限制.

物理法和微生物法制备Fe3O4磁性纳米材料对设备的高要求和操作过程的繁琐限制了其应用，目前磁性Fe3O4纳米粒子的制备主要依赖于化学方法，大致包括： 溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、高温分解法、微乳液法、水热法、流体注射法、电化学法和超临界流体法.本文简要介绍较常见的几种化学方法.

1.1 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法又称化学溶液沉积法.在制备过程中，金属前体悬浮在多元醇溶液中，在加热搅拌下形成纳米粒子（NP），并缓慢变成溶解状态，形成中间体，然后分解形成金属晶核，进而生长为NP，NP表面原位包覆着具有亲水性的醇配体，使纳米粒子很容易地分散到水介质及其他极性溶剂中.在合成过程中表面活性剂的加入可以适当控制晶体的成核和生长，改变NP的表面形貌和表面电荷.溶胶-凝胶法采用金属醇盐作为原料，成本偏高，且凝胶化过程慢，合成周期长，还需高温煅烧，合成的粒径在亚微米尺度[16].

1.2 化学共沉淀法

水溶液中的化学共沉淀法是最简单有效的化学合成Fe3O4磁性纳米粒子的途径.该方法以NH3・H2O或NaOH为沉淀剂，加入到一定计量比的Fe3+和Fe2+金属盐溶液中，高速搅拌进行沉淀反应，析出不溶性的氢氧化物和水合氧化物，洗涤并脱水得到所需的磁性纳米粒子.其反应式是：

Fe2++ 2Fe3+ + 8OH-Fe3O4 +4H2O

利用该方法制备Fe3O4磁性纳米粒子的过程中，离子浓度、pH值、盐的种类（如高氯酸盐、氯化物、硫酸盐和硝酸盐等）、温度、碱的特性和浓度、表面活性剂等对合成的Fe3O4磁性粒子的大小、磁响应性和表面特性都有影响[17-18].共沉淀法合成的纳米粒子粒径小，表面能高，易团聚，难以达到单分散状态，需进行表面修饰提高纳米粒子的分散性.共沉淀法得到的Fe3O4纳米粒子表面吸附了大量的―OH，可以通过与Si―OH或―COOH等官能团反应形成Fe―O―Si或者Fe―O―C实现磁性纳米粒子的表面修饰和功能化.

1.3 高温分解法

高温分解法是通过在高沸点溶剂中加热分解有机金属化合物来制备纳米粒子的方法.涂志江等采用高温热分解无毒的乙酰丙酮铁（Fe（acac）3），以聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮为修饰剂，制备了水溶液中分散性好的磁性Fe3O4纳米粒子.高温分解法制得的纳米颗粒结晶度高、粒径分布较窄，粒径大小可控[19].

1.4 微乳液法

微乳液法利用两种互补相溶的溶剂，在表面活性剂的作用下形成均匀的微乳液，使纳米颗粒的成核、生长等过程局限在一个微小的液滴内，在形成纳米颗粒的同时避免了颗粒之间的进一步团聚.微乳液法制备Fe3O4磁性纳米粒子的过程中，表面活性剂种类和用量和两种互补溶剂的种类和组成等对合成的Fe3O4磁性粒子的尺寸和形貌都有影响.Okoli等采用微乳液法制备了超顺磁性和粒径范围在2～10 nm的磁性Fe3O4纳米粒子[20].Hao等采用聚乙二醇辛基苯基醚为表面活性剂，用反相微乳法合成具有尖晶石结构、粒径大小平均为15 nm的超顺磁性Fe3O4纳米粒子[21].微乳液法一次合成制备的纳米粒子产量低，粒子的分离纯化过程复杂，且水溶性差.

1.5 水热合成法

水热合成法是指在密闭体系中，以水为溶剂，在高温（高于200 ℃ ）和高压（高于137.9 MPa）下制备Fe3O4纳米粒子的方法 [22].通过优化水热合成法的实验条件，如反应温度和时间、反应物的浓度和化学计量比、溶剂特性和加入晶种剂等，可以控制纳米粒子的尺寸和形貌.Hou等以（CH2）6N4和FeCl3为原料，在高压釜内进行水热反应，制备出立方状的氧化铁颗粒[23].在水热反应中，粉体经历了溶解-结晶的过程，制得的纳米晶体发育较为完整，分布范围宽，粒径小，团聚程度低，且不需要高温煅烧与处理.但由于反应在较高温度和压力下进行，所以对设备的要求较高.

Fe3O4磁性纳米粒子由于比表面能高易发生团聚，导致粒子尺寸不均匀； 且的Fe3O4易被氧化，磁性能降低.通过化学或物理作用将无机材料、有机官能团（如―COOH，―NH2，―SH等）及生物大分子等在粒子表面进行包裹或修饰能避免Fe3O4的氧化并保持磁性能、提高胶体和粒子的稳定性和增加其水分散性，还能调节并丰富粒子各种性能，对粒子进行功能化，获得多功能磁性纳米粒子，拓宽其应用范围.表面修饰后的磁性纳米粒子兼具无机纳米粒子的磁响应性和表面修饰剂的化学物理特性[24-25].磁性纳米粒子表面修饰的方法根据制备工艺常分为原位反应法和后处理表面改性法.原位反应法指的是在纳米材料制备的反应过程中直接引入包覆分子；而后处理表面改性法是先制备出纳米颗粒，再将其分散在表面活性剂或聚合物中进行包覆反应.

2 Fe3O4磁性纳米粒子表面修饰

Fe3O4磁性纳米粒子表面修饰按修饰材料的种类不同可分为三类：无机材料修饰，主要包括活性炭、碳纳米管、石墨烯、硅胶、金属氧化物等无机材料，通过物理或化学方法与Fe3O4磁性纳米粒子结合；有机功能分子修饰，通过特异性化学反应如偶联、络合、酯化或酰化反应等与纳米粒子链接的有机功能分子；高分子聚合物修饰，包括天然高分子聚合物如壳聚糖、明胶、纤维素、淀粉和蛋白等，人工合成高分子聚合物修饰，如聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚酰胺类、聚苯胺等.

2.1 无机材料/Fe3O4磁性纳米复合材料

2.1.1 Fe3O4/碳磁性纳米复合物 碳有多种单质形式，有比表面积大、化学稳定性高和表面可负载其他功能基团的优势.活性炭、石墨烯和碳纳米管等材料与Fe3O4复合物常用于分离、催化、电子、材料和生物医药等领域[26-27].Mahmoud等在活性炭（AC）表面修饰Fe3O4磁性纳米粒子，然后负载上酵母酶（BY）（图1），利用磁性固相萃取的方法从水溶液中分离Hg（II），测定了该材料在250～800 μmol/g范围内对Hg（II）的吸附能力和吸附最大值，显示其分离效率达到92.4%[28].

Stoffelbach通过自由基聚合将羧基嫁接到多壁碳纳米管上（CNTs），并通过碳纳米管上的羧基与Fe3O4磁性纳米粒子表面的羟基形成酯键，将Fe3O4磁性纳米粒子负载到碳纳米管上得到 CNTs/Fe3O4磁性纳米复合物，该复合物可作催化剂的载体（如图2a）[29]， He等将Pt附着在通过酯键结合的CNTs/Fe3O4磁性纳米复合物上，并作为催化剂在还原4-硝基苯酚的反应中循环使用（如图2b）[30].经过硝酸/硫酸酸化的碳纳米管可以在Fe3O4磁性纳米粒子的制备中通过原位合成得到碳纳米管与Fe3O4磁性纳米粒子的复合物（如图2c）[31]，也可与已成型的的Fe3O4磁性纳米粒子通过酯化反应得到.Sadeg等将经过硝酸/硫酸酸化的碳纳米管与直径为约6 nm的Fe3O4磁性纳米粒子通过酯化反应得到直径约50 nm长度为500～2 000 nm的磁性碳纳米管（如图2d） [32].碳纳米管不仅可以通过共价键和Fe3O4磁性纳米粒子键合，也可以通过物理作用结合.Korneva 等将直径约10 nm的Fe3O4磁性纳米粒子通过填充制得直径约300 nm的磁性碳纳米管（如图2e）[33].

He用正硅酸乙酯（TEOS）和3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）在Fe3O4磁性纳米粒子表面包裹硅并引入氨基，然后与石墨烯（GO）表面被N-羟基丁二酰亚胺（NHS）活化的羧基反应，通过形成的酰胺键将Fe3O4磁性纳米粒子和石墨烯结合起来，得到G-Fe3O4磁性复合材料（如图3a）[34]. Zhang等用类似的方法制备了磁性石墨烯复合材料，将内消旋-2，3-二巯基丁二酸（DMSA）修饰的Fe3O4磁性纳米粒子，与表面嫁接有聚乙烯亚胺（PEI）的石墨烯（rGO），通过形成共价酰胺键得到DMSA@Fe3O4-rGO复合材料（如图3b）.该磁性纳米复合材料中不仅尺寸、粒度分布和粒子形态可控，并能有效吸附环境中化学污染物如抗生素-四环素等 [35].Li等通过氨基功能化的磁性纳米粒子与硝酸酸化的石墨烯间的共价结合（如图3c），制备了Fe3O4@SiO2-G的磁性纳米粒子复合物，该复合物对铬离子有很好的吸附作用[36].Han等通过静电和氢键作用将Fe3O4磁性纳米粒子附着在石墨烯上，然后利用聚多巴胺对复合材料进行功能化，该多巴胺功能化的纳米材料对亚甲基蓝的吸附容量达到358 mg/g （如图3d）[37].

2.1.2 贵金属氧化物与Fe3O4磁性纳米复合物 由于Fe3O4与贵金属之间相容性较差，很难制备出单分散、透光性好且有磁响应的纳米复合颗粒.为了提高颗粒的透光性、分散性，通常在磁芯与贵金属之间插入介质层（如SiO2或C等），得到磁芯@介质层@贵金属三组分核壳复合颗粒.目前的研究主要集中在Au，Cd，Al等金属与Fe3O4磁性纳米复合物的制备和应用方面.

金由于其反应活性较低，可被含巯基的化学或生物试剂修饰，是一种理想的包裹材料.裴飞飞等先利用热分解法再用反相微乳法制备Fe3O4@SiO2纳米粒子，最后利用表面修饰的氨基还原性，获得Fe3O4@SiO2/Au核壳复合纳米颗粒 [38].

张礼松等采用表面有氨基修饰的Fe3O4磁性纳米粒子与表面巯基乙酸修饰的CdTe量子，通过形成酰胺键将CdTe量子点共价结合到Fe3O4磁性微球表面，制备出分散性好、荧光效率高的Fe3O4@SiO2@CdTe磁性荧光双功能微球（如图4）[39].Di Corato等在磁性纳米粒子表面同时修饰两亲聚合物和量子点（CdSe/ZnS），再用叶酸分子进行表面功能化，通过控制荧光量子点和磁性纳米粒子的配比来控制发光，并应用于癌细胞成像和临床治疗研究中[40].

Li等将通过溶解热反应法制备的Fe3O4微球与葡萄糖反应得到Fe3O4@C磁性微球，然后Fe3O4@C磁性微球再与异丙醇铝作用处理后得到了Fe3O4@Al2O3核壳结构的磁性微球.该磁性微球磁性良好可进行磁分离，且其Al2O3外壳对磷酸肽有高的捕获能力，能从标准酪蛋白磷酸肽和卵白蛋白的胰蛋白酶消化液中选择性地富集磷酸肽（如图5）[41].

2.2 有机官能团修饰Fe3O4磁性纳米粒子

有机小分子通过特异化学反应如硅烷化偶联反应、络合反应、酯化反应等将有机配体修饰到Fe3O4磁性纳米粒子表面，制得表面不同功能基团修饰的磁性纳米复合材料.

2.2.1 硅烷偶联剂对Fe3O4磁性纳米粒子的表面修饰 小分子硅烷偶联剂含有不同的功能集团，其通式为RSiX3，R代表氨基、巯基、乙烯基、环氧基和氰基等，X代表能够发生水解的烷氧基如甲氧基和乙氧基等.硅烷偶联剂修饰后的磁性纳米粒子表面可带有羟基、氨基、羧基和巯基等多种有机功能基团，可以防止或减少粒子间团聚，增加粒子的稳定性和分散性.硅烷偶联剂首先水解成硅醇，再与Fe3O4纳米粒子表面的羟基发生缩合反应而形成Fe-O-Si键，硅醇的另外两个Si-OH同样可能与相邻硅烷分子的Si-OH发生交联缩合反应（如图6a）.Fe3O4纳米粒子表面包覆SiO2的厚度也可通过控制n（TEOS）与n（Fe3O4）的比例来实现.Liu等用氨基硅烷试剂APTES与Fe3O4磁性纳米粒子反应得到氨基官能化的磁性粒子，再通过2-溴代异丁酰溴与氨基反生酰胺化反应，最后通过自由基聚合法制备了荧光磁性纳米粒子，该粒子可应用于磁共振成像研究（如图6b） [42].Eguílaz等将APTES与Fe3O4磁性纳米粒子反应得到含氨基的磁性纳米粒子，再通过戊二醛作为交联剂，将磁性纳米粒子与聚合物修饰的碳纳米管键合，制备得到的磁性纳米粒子碳纳米管复合物已成功应用到生物传感器设计中（如图6c）[43].靳艳艳等利用高碘酸钠氧化磁性纳米粒子表面附着的油酸稳定的高温热解得到磁性纳米粒子， 简便快捷地制备了单分散羧基功能化的Fe3O4磁性纳米粒子，该粒子分散性好，粒径均一，约12 nm [44].Kohler等先通过APTES在Fe3O4纳米粒子表面修饰氨基，再利用抗肿瘤药物――氨甲叶酸（MTX）的端羧基与纳米粒子表面氨基形成酰胺基，将MTX引入到纳米粒子表面，合成了负载抗肿瘤药物的靶向传输载体（如图6d） [45].Patil等合成了超顺磁Fe3O4@SiO2复合粒子，再将其表面用氨基硅烷试剂修饰，连接一个含有二硫键的双N-羟基琥珀酰亚胺酯（NHS），用来分离和富集含氨基的肽或者蛋白[46] （如图6e）.

2.2.2 表面络合剂对Fe3O4磁性纳米粒子的表面修饰 表面络合剂可与金属离子形成络合离子，对磁性纳米粒子进行改性并使粒子具有螯合性能.姜炜等利用络合剂二乙基三胺五乙酸（DTPA）对Fe3O4磁性纳米粒子进行表面化学修饰，制备出了具有表面螯合性能的磁性纳米Fe3O4/DTPA复合粒子[47]，该复合粒子能对Cu2+，Mg2+等多种金属离子具有螯合性能.

2.3 高分子聚合物/Fe3O4磁性纳米复合物

高分子聚合物修饰的Fe3O4磁性纳米粒子是具有特殊核壳结构的复合纳米材料，兼具聚合物的表面功能性和Fe3O4磁核的磁响应性特点，在蛋白分离、药物靶向、细胞优化等生化领域得到广泛应用.

2.3.1 天然高分子聚合物对Fe3O4磁性纳米粒子的表面修饰 聚糖、蛋白或多肽是天然高分子聚合物，广泛存在于自然界中.聚糖的良好的生物相容性、微生物可降解性或血液相容性，蛋白或多肽具有化学性能稳定、无毒、无抗原性等特点，以及分子链上丰富的易被化学修饰的羟基、氨基或羧基的存在，使聚糖和蛋白或多肽广泛应用到磁性纳米粒子表面的修饰中.

Dung等通过悬浮交联法，以戊二醛为交联剂，制备得到壳聚糖修饰的Fe3O4磁性纳米粒子[48].Neda用提拉镀膜法将一定浓度有氨基修饰的纤维素溶液加入到Fe3O4磁性纳米粒子水溶液中，制得磁性纳米复合物，该复合物可作功能化生物材料应用在药物传递、肿瘤治疗和酶工程等领域[49].

白蛋白化学性能稳定、无毒和无抗原性，在组织中易于分布并可富集于肿瘤部位，是一种理想的药物载体材料.Iwaki等通过共价结合将表面氨基修饰的Fe3O4磁性纳米粒子，与人类血清蛋白（HSA）键合，得到HSA@Fe3O4磁性纳米粒子.该粒子通过HSA与药物之间的特异性结合作用能从人类尿液和血清中高效捕获小分子药物，且可直接通过质谱对被捕获的小分子药物进行分析鉴定[50].

2.3.2 人工合成高分子聚合物对Fe3O4磁性纳米粒子的表面修饰 人工合成高分子如聚乙二醇、聚乙烯醇、聚（N-异丙基丙烯酰胺）和多肽聚合物可通过氢键结合在Fe3O4磁性纳米粒子表面，也可通过化学键键合在磁性纳米粒子表面.人工合成高分子可通过偶联接枝让官能团化纳米粒子与高分子直接反应进行键合；可在引发剂作用下直接在纳米颗粒表面聚合生长接枝；也可聚合与表面接枝同步进行.人工合成高分子在磁性纳米粒子的表面改性，可通过粒子表面聚合物的分子量来优化材料的功能.

Euliss等利用赖氨酸和天冬氨酸的共聚物对磁性纳米粒子进行表面修饰，得到了磁性纳米胶团，提高了纳米粒子的稳定性和生物相容性[51].方伟军等通过聚合的方法成功合成以磁性Fe3O4纳米粒子为核以聚苯乙烯-马来酸酐为壳富集有Ni-氨三乙酸的复合微球，这种微球具有优良的磁响应性和分散性，对多聚组氨酸融合蛋白有选择性吸附且吸附能力大大增加[52] .Yang等将聚乙二醇和脂肪酸形成的双亲共聚体修饰在MnFe2O4磁性纳米粒子表面，形成了一种稳定性好和灵敏度较高的磁共振造影剂，该磁性纳米晶体细胞毒性低，对癌症细胞的检测能力高[53].Mondini等将内酯水解得到的羟基羧酸在乙醇、氢氧化钠和铁盐的存在下制得羟基羧酸铁盐，然后在三缩四乙二醇中高温反应制得羟基修饰的磁性纳米粒子[54]，如图8.该磁性纳米粒子上的羟基还能进一步修饰，得到含羧基、甲基苯磺酰基及聚乙二醇的功能纳米粒子.

饶通德采用原位聚合法以Fe3O4磁性纳米粒子为核，以H2O2为引发剂使丙烯酸单体在粒子表面原位聚合，制得聚丙烯酸修饰的Fe3O4磁性纳米粒子吸附剂，该吸附材料具有比表面积大、表面活性中心多、外部磁场易于操控和吸附容量大等特点，可应用于去除环境污染物等领域[55].

Masoumi等用3-氨丙基三甲氧基硅烷（APTMS）在Fe3O4磁性纳米粒子表面修饰氨基，该粒子中的氨基与甲基丙烯酸甲酯（MMA）和马来酸酐（MA）形成的共聚物P（MMA-co-MA）中的酸酐发生氨解得到P（MMA-co-MA）/APTMS-Fe3O4（MNC）磁性纳米复合物（如图9），该磁性纳米复合物能通过螯合作用从水中有效地分离金属离子如Co2+，Cr3+，Zn2+和Cd2+等[56].

其他天然或人工合成高分子聚合物如葡聚糖、明胶、聚乙烯醇、聚乳酸和聚海藻酸钠等也可用于磁性粒子的表面修饰，以改善粒子的分散性、毒性和生物相容性.

3 展望

磁性纳米粒子在医学成像、生物探针、药物靶向传递、催化和吸附分离等领域具有良好的应用前景，也面临挑战.今后的研究热点集中于改进并发展合成工艺，制备形貌可控、分散性好和磁性能高的磁性纳米粒子；改进并拓展表面功能化，制备具有不同表面功能化的磁性纳米粒子；通过改性提高磁性纳米粒子的生物相容性，降低细胞毒性；制备多功能的磁性纳米材料，增加磁性纳米粒子的多样性；发展并开拓磁性纳米粒子的应用方法及范围；将改性的磁性纳米粒子运用到诊断和治疗等生物医学领域.

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纳米粒子范文第3篇

【摘要】

目的：研究表面修饰对氧化铁纳米粒子类酶活性的影响。方法：用共沉淀法制备γFe2O3纳米粒子，并用透射电子显微镜（TEM）表征。将γFe2O3纳米粒子分别表面修饰二巯基丁二酸（DMSA）、柠檬酸、酒石酸和3氨丙基三乙氧基硅烷（APTS），并用Zeta电位仪表征。由于γFe2O3纳米粒子可以催化双氧水氧化底物3，3′，5，5′四甲基联苯胺（TMB），从而发生显色反应，这一特性与辣根过氧化物酶（HRP）相似，通过岛津UV3600紫外可见分光光度计和酶标仪检测该显色反应，评估氧化铁纳米粒子的催化性能及表面修饰的影响。结果：（1） TEM和Zeta电位测量表明，γFe2O3纳米粒子直径约为13 nm，表面修饰能够有效调控其表面电荷；（2） 氧化铁纳米粒子类过氧化物酶催化活性与纳米粒子的表面电荷相关，表面负电荷有利于增加对带正电荷底物TMB的亲和力，从而增加类酶活性；（3） γFe2O3/DMSA具有最高的表面负电荷，米氏常数测量表明Km（TMB）为0.3 mmol·L-1，表现出与天然HRP对底物TMB类似的亲和力。结论：通过表面修饰可以调控氧化铁纳米粒子的类酶活性，其作为HRP模拟酶具有潜在的应用价值。

【关键词】 氧化铁纳米粒子； 表面修饰； 辣根过氧化物模拟酶

［Abstract］ Objective:To investigate the effect of surface modifications on the peroxidaselike activity of iron oxide nanoparticles.Methods:Magnetic iron oxide nanoparticles were prepared by coprecipitation method.The morphology of particles was observed by using TEM.The obtained γFe2O3 nanoparticles were modified with meso2，3Dimercaptosuccinic acid（DMSA），citric acid，tartaric acid and 3aminopropyltriethoxysilanes(APTS)，respectively，and the resultant products were characterized by zeta potential measurements.Like horseradish peroxidase（HRP），γFe2O3 nanoparticles were found to be able to catalyze a colour reaction of the substrate 3，3′，5，5′tetramethylbenzidine(TMB) in the presence of H2O2.The catalysis was evaluated by detecting the colour reaction using UVvisible spectrophotometer and microplat reader.Results:(1) TEM measurements showed that the mean diameter of γFe2O3 nanoparticles was 13 nm.(2) The peroxidaselike activity of γFe2O3 nanoparticles was found to be related to their surface charge.TMB carries two amine groups，likely yielding stronger affinity toward a negatively charged nanoparticle surfaces.（3）γFe2O3/DMSA nanoparticles with the strongest negative surface charge exhibited the highest peroxidaselike activity than others when TMB acts as a substrate.The kinetic parameter of γFe2O3/DMSA nanoparticles were determined to be Km（TMB）=0.3 mmol·L-1，exhibiting a similar enzyme activity to the natural HRP.Conclusions:The peroxidaselike activity of γFe2O3 nanoparticles can be readily regulated by surface modifications，thus providing a potential advantage for application as a HRP mimic enzyme.

［Key words］ iron oxide nanoparticles; surface modification; HRP mimic enzyme

磁性氧化铁纳米粒子因其具有多种独特的功能，在生物、医学、化学等领域受到广泛的关注。同一种磁性氧化铁纳米材料可以作为磁共振成像对比剂［1-3］、磁靶向药物载体［4］，可以用于细胞与生物分子分离［5］、生物传感与检测［6］，还可以作为磁感应肿瘤热疗的磁介质［7］。另外，在工业废水处理方面，磁性氧化铁纳米粒子因具有较高的有机物羟基化的活性而用于苯酚等有毒物质的清除（苯酚等有机物羟基化后毒性降低）［8］。在氧化铁磁性纳米粒子的应用方面，一个体系内同时发挥其多种功能的研究，是目前更具有发展前景的工作。

过氧化物酶是广泛存在于生物体内的一类氧化还原酶，通过其内部的变价铁元素以及外部结构能催化H2O2氧化氢供体底物。在生命活动过程中，过氧化物酶主要是催化生物体内的氧化物或过氧化物氧化分解其他毒素。目前广泛应用的过氧化物酶是从天然植物中提取的辣根过氧化物酶(horseradishperoxidase，HRP)。HRP价格昂贵，且保存及实验条件苛刻，容易失活，在酶联免疫分析上因其分子较大而不利于抗原抗体结合，并且标记过程复杂。因此，寻找能够替代HRP的模拟酶是酶催化反应的热点［9-10］。

在众多酶模拟物中，Fe3O4磁性纳米粒子最近被发现能像Fenton试剂一样，表现出一定的类过氧化物酶活性，由此结合磁分离功能，能够发展可同时进行磁分离富集和免疫检测的方法［11］。由于Fe3O4纳米粒子稳定性好、制备方法简单、成本低、易于大规模制备，同时还兼具有磁性等其他多功能特性，因此在医学、生物技术、环境化学等领域有广泛的应用价值。γFe2O3是另外一种磁性较强的氧化铁纳米粒子，可由Fe3O4纳米粒子直接氧化而来。由于γFe2O3磁性纳米粒子中只含有三价铁，因此，相对于Fe3O4纳米粒子来说不易被氧化，具有良好磁学和化学稳定性。但是由于γFe2O3磁性纳米粒子中缺乏二价铁，其本身类酶活性大大降低，从而严重限制了其作为模拟酶的应用。作者通过表面修饰，提高γFe2O3磁性纳米粒子类酶活性，从而得到一类稳定的、具有过氧化物酶活性的磁性γFe2O3纳米粒子。

1 材料与方法

1.1 主要试剂

3氨丙基三乙氧基硅烷（APTS）及3，3′，5，5′四甲基联苯胺（TMB）购自SigmaAldrich公司（美国）。30%H2O2、醋酸钠及冰醋酸购自国药集团化学试剂有限公司。FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O、二巯基丁二酸（DMSA）、柠檬酸及酒石酸购自上海凌峰化学试剂有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 γFe2O3纳米粒子的制备和小分子配体修饰

γFe2O3磁性纳米粒子的制备及表面有机小分子修饰采用我们先前报道［12-13］的方法。（1） γFe2O3磁性纳米粒子的制备［12］。在N2保护下制备Fe3+（FeCl3·6H2O，0.2 mol·L-1）和Fe2+（FeSO4·7H2O，0.13 mol·L-1）的混合溶液800 ml，将2.8 mol·L-1的氨水在剧烈的磁力搅拌下缓慢加入其中，直至pH=9，反应1 h，生成黑色沉淀，将生成物用永磁铁分离出来，反复用去离子洗涤4遍。将制备得到的Fe3O4产物定容到6 L，用HCl（0.2 mol·L-1）调节溶液pH值到3.0，待pH值稳定后水浴升温到90 ℃，鼓入过滤的空气进行氧化（90 min），从而得到γFe2O3纳米粒子。通过磁分离方法反复洗涤4遍后，定容约1 g·L-1，调pH=2.7。（2） γFe2O3/DMSA磁性纳米粒子的制备［12］。称取60.69 mg DMSA，用DMSO溶解，机械搅拌下加入到400 ml γFe2O3磁性纳米粒子样品中，继续搅拌5 h，停止反应，磁分离洗涤沉淀物3次，加80 ml去离子水定容，用四甲基氢氧化铵调pH=6.5。（3） γFe2O3/柠檬酸磁性纳米粒子的制备［13］。称取52.6 mg柠檬酸，用10 ml去离子水溶解，机械搅拌下加入到400 ml γFe2O3磁性纳米粒子样品中，继续搅拌5 h停止反应，磁分离洗涤沉淀物3次，加80 ml去离子水定容，用四甲基氢氧化铵调pH=6.5。（4） γFe2O3/酒石酸磁性纳米粒子的制备［13］。取37.6 mg酒石酸，用10 ml去离子水溶解，机械搅拌下加入到400 ml γFe2O3磁性纳米粒子样品中，继续搅拌5 h停止反应，磁分离洗涤沉淀物3次，加80 ml去离子水定容，用四甲基氢氧化铵调pH=6.5。（5） γFe2O3/APTS磁性纳米粒子的制备［12］。取800 ml γFe2O3磁性纳米粒子样品，用无水乙醇磁分离洗涤3次，定容至600 ml，充分超声。之后机械搅拌下在该反应体系中加入0.5 ml APTS，半小时后加去离子水100 μl，继续搅拌3.5 h。停止反应后用无水乙醇磁分离洗涤沉淀物3遍，去离子水洗涤3遍，定容到160 ml，盐酸调pH=3.85。

1.2.2 小分子配体修饰的γFe2O3纳米粒子的表征

（1） 原子吸收测定Fe浓度：上述5个样品各取100 μl，分别加1 ml浓盐酸静置12 h，充分反应将氧化铁纳米粒子溶解为铁离子，再用去离子水定容至10 ml，待测。仪器型号为18080（日本Hitachi公司）。最终样品统一定浓度为2.3 g·L-1。（2） 透射电镜（TEM）表征：将γFe2O3样品用去离子水稀释后，滴1滴于TEM专用铜网上，40 ℃下真空烘干8 h，待测。仪器型号为JEM200EX。（3） Zeta电位仪表征不同小分子对γFe2O3纳米粒子的修饰情况：将上述5个样品去离子水充分洗涤除去溶液中电解质，定容后待测。仪器型号为ZetaMaster3000。

1.3 小分子配体修饰的γFe2O3纳米粒子的类过氧化物酶催化性能研究

1.3.1 Fe3O4、γFe2O3/DMSA和γFe2O3纳米粒子的催化能力比较

各个反应体系中，在石英比色皿内，分别取34 μg磁性纳米粒子，溶于1 ml醋酸钠缓冲溶液（pH 4.6）中，加入50 μl TMB溶液（10 mg·ml-1，溶于DMSO）和160 μl的30%H2O2。用岛津UV3600紫外可见分光光度计测得显色反应10 min后的吸收光谱图。

1.3.2 不同配体修饰γFe2O3纳米粒子的催化能力比较

在各个反应体系中，分别取6.77 μg不同有机分子修饰的γFe2O3磁性纳米粒子，溶于200 μl醋酸钠缓冲溶液（pH 4.6）中，加入10 μl TMB溶液（10 mg·ml-1，溶于DMSO）和32 μl的30%H2O2。在BIORAD 680酶标仪检测650 nm下的光吸收值，扫描时间为1 200 s，反应温度为25 ℃。

1.3.3 γFe2O3/DMSA纳米粒子的米氏动力学实验研究

（1） TMB的米氏常数测定。取6.77 μg γFe2O3/DMSA磁性纳米粒子，溶于200 μl醋酸钠缓冲溶液（pH 4.6）中，加入13 μl的30%H2O2，分别加入不同量（0.2、0.4、0.8、1.6、2.4、3.2、4.0 μl）的TMB溶液（10 mg·ml-1，溶于DMSO），BIORAD 680酶标仪检测650 nm下的光吸收值，扫描时间120 s，反应温度25 ℃。实验重复3次取数据。（2） H2O2的米氏常数测定。取6.77 μg γFe2O3/DMSA磁性纳米粒子，溶于200 μl醋酸钠缓冲溶液（pH4.6）中，加入5 μl TMB溶液（10 mg·ml-1，溶于DMSO），分别加入不同量（0.7、1.3、2.6、5.2、7.8、10.4、13.0 μl）的30%H2O2，在BIORAD 680酶标仪检测650 nm下的光吸收值随时间变化，反应温度25 ℃。实验重复3次取数据。

2 结果与讨论

图1（A）是γFe2O3纳米粒子的TEM照片，图1（B）是由图1（A）统计出的γFe2O3纳米粒子的粒径分布。从图1中可以看出γFe2O3纳米粒子接近球形，平均粒子直径为13 nm。

通常纳米粒子表面的修饰，可以达到以下目的：(1) 改善或改变纳米粒子的分散性；(2) 提高粒子表面活性；(3) 使粒子表面产生新的物理、化学、机械性能及新的功能；(4) 改善纳米粒子与其他物质之间的相容性。对氧化铁纳米粒子进行表面修饰可以增加其性能［14］。

为了对比配体修饰对γFe2O3纳米粒子催化活性的影响，我们分别用DMSA、柠檬酸、酒石酸及APTS对γFe2O3纳米粒子进行表面修饰，各小分子结构式见图2（A），结合图2（B）可知，修饰后氧化铁纳米粒子的表面电荷从负到正顺序为γFe2O3/DMSA的平均表二巯基丁二酸修饰的γFe2O3纳米粒子（γFe2O3/DMSA）具有最高的表面负电荷是由于表面修饰过程中分子间形成了二硫键，导致二巯基丁二酸会以几聚体的形式化学吸附（通常是羧基或巯基与粒子表面铁原子形成配位键）到粒子表面，提供了更多的剩余羧基（—COOH）裸露在外面，在pH＞3的条件下解离为带负电的羧基阴离子（—COO-），从而使纳米粒子表面荷更多的负电荷［15］。对于柠檬酸和酒石酸的情况，由于柠檬酸比酒石酸多一个羧基，因而表面电荷较酒石酸偏负。APTS分子是一个双功能硅烷偶联剂，三乙氧基硅烷端很容易与γFe2O3纳米粒子表面上的羟基（—OH）发生硅烷化反应，另一端的氨基裸露在外面，在中性或酸性条件下均可质子化，从而提供了磁性纳米粒子的表面正电荷［12］。对于表面未修饰的γFe2O3纳米粒子，在酸性条件下，表面羟基质子化，同样导致了表面较高的正电荷。

图3显示了Fe3O4、γFe2O3及γFe2O3/DMSA纳米粒子催化双氧水氧化TMB显色反应的紫外可见分光光度计测得的吸光谱图。650 nm处是考察催化能力的特征吸收峰，即TMB氧化产物的吸收峰。在反应10 min的时候，Fe3O4纳米粒子组的特征峰吸收值达到3.166；γFe2O3纳米粒子的催化能力很弱，只能达到0.419；而通过表面修饰，γFe2O3/DMSA组的特征峰吸收值可以达到1.67；空白对照组是指不加催化剂条件下单纯的双氧水氧化TMB，可以看到反应很缓慢，10 min的时候几乎见不到特征吸收峰。这说明与Fe3O4纳米粒子比较，由于γFe2O3纳米粒子中亚铁离子的缺乏，使其催化能力变得很弱，当通过表面修饰DMSA后，其催化能力明显提高。

图4是不同配体修饰γFe2O3纳米粒子催化双氧水氧化TMB反应的对比示意图。可以看出，在催化反应15 min的时候，催化能力的强弱是：γFe2O3/DMSA＞γFe2O3/柠檬酸＞γFe2O3/酒石酸＞γFe2O3/APTS＞裸γFe2O3。结合氧化铁纳米粒子修饰后表面电荷的数据，可知氧化铁纳米粒子表面电荷越偏负电，越有利于催化反应。这与底物TMB是多氨基的化学物质有着紧密的关系，其在酸性缓冲反应体系中质子化而带正电荷，因此，表面荷负电荷越多的氧化铁纳米粒子越有利于吸附底物TMB，即具有更高的底物亲和力，从而有利于加速双氧水氧化TMB的反应。对于表面荷正电荷的氧化铁纳米粒子，由于表面和底物之间的排斥力，从而降低了催化效率。可见，通过合理的表面修饰，可以有效地调控氧化铁纳米粒子的类酶活性。由于纳米粒子表面易于修饰和裁剪，因此为方便地调控这种模拟酶活性以及进一步的偶联抗体等生物分子提供了保证。

为了更进一步的研究γFe2O3/DMSA纳米粒子的模拟酶催化反应的机制，我们对其表观稳态动力学参数Km进行了测定(图5)。Km值是酶的特征性常数，只与酶的性质、酶所催化的底物和酶促反应条件(如温度、pH、有无抑制剂等)有关，与酶的浓度无关。酶的种类不同，Km值不同，同一种酶与不同底物作用时，Km值也不同。各种酶的Km值范围很广，大致在10-1～10-6 mol·L-1之间。Km值愈大，酶与底物的亲和力愈小；Km值愈小，酶与底物亲和力愈大。酶与底物亲和力大，表示不需要很高的底物浓度，便可容易地达到最大反应速度［14］。

因为反应体系的氧化产物的浓度与检测到的吸光度成正比，所以吸光度的变化速率与产物的生成速率成正比，即与体系的反应速率成正比。对酶催化反应速度和对应底物浓度，采用双倒数法作图，可求得γFe2O3/DMSA纳米粒子模拟酶对各底物的Km。当以H2O2为底物时，γFe2O3/DMSA纳米粒子对应的Km为176.84 mmol·L-1；而以TMB为底物，γFe2O3/DMSA纳米粒子对应的Km为0.30 mmol·L-1。文献中辣根过氧化物酶的Km（H2O2）为3.7 mmol·L-1，Km（TMB）为0.43 mmol·L-1［11］。这说明以H2O2为底物，Fe3O4纳米粒子对应的Km比HRP要高，即为了获得最大反应速度，需要较高浓度的氧化剂H2O2；而以TMB为底物，γFe2O3/DMSA纳米粒子对应的Km比HRP要低，说明相对于HRP，γFe2O3/DMSA纳米粒子对底物TMB具有更高的亲和力，即不需要很高的底物浓度，便可容易地达到最大反应速度。

通过以上结果可知，对磁性γFe2O3纳米粒子的表面修饰可以改变磁性γFe2O3纳米粒子作为模拟酶的活性，这提供了一种裁剪和优化模拟酶活性和功能的方法，不仅能改善类酶活性，还能进一步增加纳米粒子稳定性和生物相容性，此外其提供了表面进一步偶联生物分子的功能基团，有利于标记蛋白、核酸等生物分子，使其很有潜力成为HRP的模拟酶用于生物检测的实际应用。

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纳米粒子范文第4篇

关键词：普鲁士蓝；生物医学诊断；生物医学治疗；纳米生物技术

前言

为了保障人类的健康和提高人们的生活质量，生物医学诊断和治疗学科自创立开始便成为了人类永恒的研究课题，在过去的50年里，纳米技术的发展开始逐渐对生物医学诊断和治疗领域产生影响，基于纳米技术，开发传统材料的生物医学新功能已经成为了国内外学者的研究热点[1,2]。然而，现有的金纳米材料[3,4]、碳纳米管[5]和石墨烯等[6]生物医学诊断和治疗制剂要么成本高、要么制备过程复杂，又或生物安全性缺乏保证，大大制约了生物医学诊断和治疗学科的发展。普鲁士蓝是18世纪德国人发现的一种蓝色染料，具有优良的光物理、电光学以及磁性等性能，已经在许多领域得到了广泛的应用[7-10]。普鲁士蓝制备过程简单、绿色，反应条件温和，成本低，表面容易修饰，化学结构稳定，更是一种治疗放射性中毒的临床用药[11]，是医院常规储备药物之一，已得到美国食品及药物管理局的认证[12,13]。因此，开发普鲁士蓝在生物医学诊断和治疗领域的应用将有利于解决现有诊疗制剂生物安全性得不到保证且价格昂贵等生物医学难题，具巨大的科研价值和应用价值。本文将对普鲁士蓝纳米粒子在生物医学诊断和治疗中的应用和研究进展进行综述。

1普鲁士蓝纳米粒子在生物医学诊断中的应用

1.1普鲁士蓝纳米粒子作为核磁共振造影剂

核磁共振成像（NuclearMagneticResonanceImaging，NMRI）是一种通过检测机体不同部位水质子在外加磁场作用下弛豫行为的差别进而进行成像的成像模式[14,15]。核磁共振成像能够高分辨地对物体内部结构进行成像，因此在物理化学、生物医学等方面得到了广泛的应用，而在实际的诊断过程中往往需要使用核磁共振造影剂来增强核磁共振成像效果。Shokouhimehr等人在2009年首次证明了普鲁士蓝纳米粒子可以作为一种T1核磁造影剂[12]。其文章中指出，普鲁士蓝结构中和碳原子结合的Fe2+具有较低的自旋（S=0），而和氮原子结合的Fe3+具有较高的自旋（S=5/2），从而普鲁士蓝具有能够减少体系水中氢核纵向弛豫时间（T1）的能力。实验结果表明，在500MHz（11.7T）的磁场作用下，1.7mM的普鲁士蓝纳米粒子具有明显的核磁成像效果，同时其团队还对普鲁士蓝的吞噬性和细胞毒性进行验证，实验结果表明普鲁士蓝通过胞吞作用进入细胞，不具有明显毒性，生物安全性可靠。随后Shokouhimehr等人利用普鲁士蓝纳米粒子开发出了具有T1核磁造影功能和小分子载体功能[13]双功能的纳米平台。研究人员证明，普鲁士蓝纳米粒子能将负载在其表面的一种名为德克萨斯红(TexasRedC5)的小分子成功转运至细胞内部，而普鲁士蓝纳米粒子依旧保持了其良好的T1核磁造影功能。Song等人在2013年以一种具有类沸石结构的胶状普鲁士蓝纳米粒子为纳米支架，以离子交换的方法使Gd(III)离子和叶酸分子成功嫁接到普鲁士蓝纳米粒子的表面，合成了了一种具有癌症生物靶向性的T1核磁造影剂[16]。此种核磁造影剂的T1弛豫率增高到惊人的23.9mM-1S-1，具有非常好的核磁造影功能，能以极低的浓度使小鼠体内的卵巢瘤产生清晰的核磁共振图像；而其表面的叶酸分子则保证了靶向肿瘤细胞的高效性。其课题组也对该核磁造影剂的稳定性和生物安全性进行了研究，证明该造影剂性质稳定，生物安全性较高，具有非常良好的临床应用前景。

1.2普鲁士蓝纳米粒子作为光声成像造影剂

光声成像（photoacoustictomography，PAT）是利用生物组织吸收短激光脉冲后产生的超声波效应进行声学显影的新型成像模式[17]。由于其具有高空间分辨率和无创性等优点，成为了近年来人们关注的热点，尤其是在脑结构及功能成像，乳腺癌成像和肿瘤血管检测等领域[18,19]。由于机体内源性生色团对激光固有的低吸收会导致深层组织成像的低信号效应，因此优良的光声成像造影剂是确保高质量光声成像的必要条件[20-22]。本课题组的Liang等人在2013年成功将普鲁士蓝纳米粒子开发为一种新型的光声成像造影剂[23]，其继承了普鲁士蓝本纳米粒子粒径可控、结构稳定、成本低和生物安全性高等优点，又具有非常良好的光声成像效果。实验显示，普鲁士蓝纳米粒子在765nm处具有非常明显的光声效应，在2.25MHz超声换能器的检测下，60μg/mL的普鲁士蓝纳米粒子能够成功的透过4.3cm的鸡胸肌肉进行高质量成像。课题组还对小鼠的脑部进行了对比成像，发现小鼠在注射20mg/kg的普鲁士蓝纳米粒子5分钟后光声成像效果明显增强，成像质量远远高于未注射造影剂的对照组。最后其团队还对普鲁士蓝的生物安全性进行了验证，发现成像30天后的实验组小鼠的心、肝、脾、肺和肾等组织的切片无明显损伤，再次证明了普鲁士蓝纳米粒子高生物安全性的特性。

2普鲁士蓝纳米粒子在生物医学治疗中的应用

2.1普鲁士蓝纳米粒子在药物输送系统中的应用

Wang等人在2013年以普鲁士蓝纳米粒子为载体，成功将DNA药物递送到前列腺癌细胞中，进而进行癌症的基因治疗[24]。其文章中表明普鲁士蓝纳米粒子作为基因载体具有价格低廉、制备简单、粒径可控、生物安全性高和可降解等优点，通过共价结合的方法可以在普鲁士蓝纳米载体上负载大量的DNA药物，进而通过细胞内吞将药物递送到癌症细胞中，实现癌症的基因治疗。文章中的共聚焦实验表明普鲁士蓝负载的DNA药物能够顺利进入癌症细胞并实现癌症的基因治疗，而没有载体负载的DNA药物几乎不能进入癌症细胞，达不到治疗的目的。其文章中还比较了不同载体负载DNA药物后的基因治疗效果，由于普鲁士蓝纳米载体负载量高，递送效率高，所以治疗效果远好于其他药物载体，表明了普鲁士蓝纳米粒子作为药物载体的必要性和高效性。

2.2普鲁士蓝纳米粒子在光热治疗中的应用

光热治疗(photothermaltherapy，PTT)是一种通过光热转换剂将光能转化为热能进而使肿瘤组织达到一定温度并死亡的新型癌症治疗方法[27-29]。和传统癌症治疗方法相比，光热治疗具有显著的微创性和靶向性，近年来成为了人们关注和研究的焦点。光热转换剂决定着光热治疗是否能够靶向并高效地热切除肿瘤细胞，是光热治疗推广应用的核心因素。本课题组的Fu等人[30]首次将普鲁士蓝这种古老的染料开发为一种新型的光热转换剂，和传统的金纳米棒、金纳米壳，碳纳米管和石墨烯等传统光热材料相比，普鲁士蓝具有制备简单、绿色、成本低和生物安全性高等优点。文章中指出通过简单的水热共沉淀法，能制备出立方体状的、粒径在42nm左右的普鲁士蓝纳米粒子，并发现这种普鲁士蓝纳米粒子具有很好的光热转换效率。浓度为0.5mg/mL的普鲁士蓝溶液在被808nm激光照射10min的过程中温度升高速度较快，最高温度达60℃，且在被照射的第3min左右，温度即升至43℃，完全达到了光热杀死肿瘤细胞的温度临界值（42℃），具有非常明显的光热治疗效果。值得一提的是普鲁士蓝纳米粒子光热转换机制为能级跃迁，其光热稳定性高，可多次反复利用，解决了很多传统光热材料的难题。3小结及展望近年来，纳米生物技术已经对生物医学诊断和治疗领域产生了深远的影响，基于纳米材料的生物医学诊断和治疗技术已经成为了新的研究热点。普鲁士蓝作为一种古老的蓝色染料，在生物医学诊断和治疗的应用中体现出了卓越的性质，克服了许多传统诊疗制剂制备复杂、价格昂贵和生物安全性低的缺点。

纳米粒子范文第5篇

【摘要】

目的：研究聚集和表面分子吸附对磁性纳米粒子交流磁化率的影响，为发展基于磁性纳米粒子磁化率测量的生物传感方法提供依据。方法：用透射电子显微镜及振动样品磁强计分别对磁性纳米粒子的磁核粒径、磁性特征进行测量，利用实验室自建的交流磁化率测量装置，对在不同聚集状态和表面吸附抗原、抗体等生物分子后磁性纳米粒子的交流磁化率谱进行测量。结果：透射电子显微镜测量表明，实验所用氧化铁纳米粒子平均磁核直径10 nm，但是由于溶液中粒子之间的磁偶极相互作用而以聚集体的形式存在，表现出较大的水动力尺寸及其分布。振动样品磁强计测量表明，氧化铁纳米粒子的饱和磁化强度为61.43 emu·g-1。交流磁化率谱测量表明，随着氧化铁纳米粒子在溶液中水动力尺寸的增加，即聚集体尺寸的增加，磁化率谱中对应的磁动力学特征频率减小，与理论预示一致。当缓冲溶液中磁性纳米粒子表面吸附IgG以及进一步结合羊抗人IgG后，磁动力学特征频率逐渐降低，这与表面吸附导致的水动力尺寸逐渐增加的结果是一致的。结论：溶液中磁性纳米粒子的聚集状态和生物分子吸附对其交流磁化率谱有较大的影响，主要表现为粒子的水动力尺寸增加所导致的磁动力特征频率发生移动。基于磁性纳米粒子的磁动力特征频率的变化，可望发展成为一种研究磁性纳米粒子表面生物分子相互作用的生物传感方法。

【关键词】 磁性纳米粒子； 交流磁化率； 聚集； 表面吸附； 生物传感

［Abstract］ Objective:To investigate the effect of aggregation and surface molecular adsorption on AC susceptibility of magnetic nanoparticles，which will provide a basis for biosensing based on AC magnetic susceptibility measurement.Methods:Using transmission electron microscopy and vibrating sample magnetometer， the magnetic nanoparticles magnetic core size，magnetic characteristics were measured respectively.Using selfbuilt AC susceptibility measuring device，magnetic nanoparticles，with different aggregation states and surface adsorption of antigen，antibody and other biomolecules，susceptibility spectra were measured.Results:TEM study showed that the magnetic nanoparticles have a magnetic core size of about 10 nm.Because the magnetic dipole interaction between nanoparticles，the particles exist in the form of aggregates and show a larger hydrodynamic size distribution.VSM measurement showed that the saturation magnetization(Ms) was about 61.43 emu·g-1.AC magnetic susceptibility spectrum measurement showed that with the hydrodynamic size increases of nanoparticles in the solution，that was， the size increase of the aggregates，the characteristic frequency decreases of the AC magnetic susceptibility spectra，which was consistent with the theory.The study also indicated that when magnetic nanoparticles adsorbed IgG and subsequently conjugated goat anti human IgG，the magnetodynamic characteristic frequency gradually decreased，which was consistent with the result of the increase in hydrodynamic size.Conclusions:The magnetic nanoparticle aggregation and surface biological molecule adsorption in solution affect strongly AC magnetic susceptibility spectrum，i.e.，change the magnetodynamic characteristic frequency，resulting from the increase of nanoparticles hydrodynamic size.Based on the magnetic nanoparticles magnetodynamic characteristic frequency changes， so，it is expected to develop into a biological detection method to sense biological molecule interactions on the surface of magnetic nanoparticles.

［Key words］ magnetic nanoparticles; AC magnetic susceptibility; aggregation; surface adsorption; biosensing

磁性纳米粒子在细胞磁分离［1］、磁靶向药物输运［2］、生物传感［3-4］、磁共振成像(MRI)［5-6］及磁感应肿瘤热疗［7-10］等生物医学方面的应用已得到了广泛和深入的研究。其中，基于磁性纳米粒子丰富的磁学特性进行生物传感方法的设计和应用是一个重要和快速发展的领域［11］。利用抗体等特异性生物分子探针修饰磁性纳米粒子构建磁标签，并对靶分子(或细胞)进行识别和标记，然后利用对磁标签敏感的技术进行测量，即可实现对磁标签所标记的生物结合事件进行检测和传感。这些磁敏感技术包括MRI［12］、超导量子干涉仪(SQUID)［13］以及基于其他磁学效应或特性(如各向异性磁阻抗等［14］)的磁场传感器。发展这样的生物检测和传感平台已经成为目前研究的热点，并且它们在灵敏性、特异性、定量性和检测速度上已经展示出许多优势，但是它们需要对传感元件(敏感部位)进行复杂的材料和结构设计，是一种基底上的(substratebased)检测方法。这里我们将探索一种新的无基底(substratefree)的传感方法，它能够传感溶液中的包含磁标签的生物分子结合事件。磁化率是描述物质磁化性质的重要物理量。根据物质结构的电子理论可以证明，物质的磁化率与其微观结构有十分密切的关系。因此，测定物质磁化率，可以获得物质微观结构的许多信息。随着磁性纳米粒子在生物传感及生物医学方面的应用，基于其磁动力特征的研究也越来越广泛。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

γFe2O3纳米粒子及2，3二巯基丁二酸(DMSA)修饰的γFe2O3纳米粒子(DMSA@γFe2O3)由江苏省生物材料与器件重点实验室王春雨同学根据我们研究组先前报道［15-16］的方法制备得到。硼酸盐缓冲溶液由19.07 mg·ml-1四硼酸钠溶液和19.07 mg·ml-1硼酸溶液按4∶1比例混合而成，pH=9.0。IgG及羊抗人(goat anti human，GAH)IgG购自南京凯基生物科技发展有限公司，使用时浓度稀释为1 mg·ml-1。实验用水为超纯水(艾科普超纯水机提供)。

1.2 方法

1.2.1 表征测量

磁性纳米粒子磁核尺寸测量使用透射电子显微镜(TEM)(南京大学分析测试中心，仪器型号为JEM200CX)；水动力尺寸测量使用光子相关光谱仪(PCS)(东南大学生物电子学国家重点实验室，仪器型号为N4 Plus)；磁性测量使用振动样品磁强计(VSM)(东南大学生物电子学国家重点实验室，仪器型号为Lake Shore 7400)；磁化率测量采用实验室自建的交流磁化率测量仪，所用锁相放大器为美国斯坦福研究系统的双通道数字锁相放大器SR830（图1）。

图1中所用线圈组合中原线圈的匝数为75匝，副线圈的匝数为48匝。原线圈的规格是Φ20 mm×100 mm，每个副线圈的规格是Φ10 mm×15 mm。样品放置在线圈组合装置的副线圈的正中央。所采用的激发信号是由锁相放大器的正弦(SINE OUT)端提供的，通过锁相放大器上的双通道(CH1、CH2)输出来到检测信号。

1.2.2 基于磁性纳米粒子交流磁化率测量进行生物传感的理论与方法

溶液中磁性纳米粒子的交流磁化率χ包含两部分：实部磁化率χ′和虚部磁化率χ″［17］，χ=χ′+i χ″德拜理论对磁性纳米粒子交流磁化率的频率依赖关系可以描述为：χ(ω)=χ0/(1+iωτ)，其中χ0为直流磁化率。实部磁化率χ′和虚部磁化率χ″可以表示为：χ′=χ0/1+(ωτ)2，χ″=χ0ωτ/1+(ωτ)2其中，τ是纳米粒子在溶液中的弛豫时间，ω=2πf为角频率， f为圆频率。当ωτ=1时，磁化率的虚部部分出现一个最大值。χ″～ω谱的峰值频率ωchar=1/τ，为溶液中纳米粒子磁弛豫过程的特征频率。

分散在溶液中的磁性纳米粒子磁化后，一般通过两种机制进行弛豫：Brownian弛豫和Néel弛豫。一般来说，有效弛豫取决于两种弛豫机制的结合。但是，依赖于使用的磁性纳米粒子的尺寸，其中一种机制将起支配作用。

当磁性纳米粒子具有较大尺寸或在溶液中存在聚集体时，Brownian弛豫是支配的机制［18］。这种情况下，Brownian弛豫时间为：τB=4πr3η/κBT这里，r为纳米粒子的水动力半径，η为溶液的粘滞系数，κB为波尔兹曼常数，T为溶液的绝对温度。可见Brownian弛豫时间τB与r3成正比，对应的Brownian弛豫特征频率ωB=1/τB，与r3成反比。这样，一旦靶分子(如抗原)被结合到磁标签(抗体标记的磁性纳米粒子)上，增加的水动力半径将导致Brownian弛豫特征频率以r3关系减小，并且靶分子越大，ωB减小越多。同样溶液中磁性纳米粒子的聚集也会导致ωB减小。

在交流磁化率的测量实验中，常用的方法是认为锁相放大器的两个通道上的输出电压就是磁性液体交流磁化率的实部磁化率和虚部磁化率［19］。即：V=V′+i×V″，χ=χ′+i×χ″

V′=χ′，V″=χ″

2 结果

2.1 γFe2O3纳米粒子的TEM表征

图2显示：氧化铁纳米粒子磁核接近球形，平均尺寸为10 nm；DMSA修饰后的氧化铁纳米粒子表示了同样的结果。这说明表面修饰没有改变磁性纳米粒子的磁核尺寸。我们注意到，有机小分子DMSA由于在电镜下衬度低，因此，观察不到粒子表面修饰层的存在。

2.2 磁性测量

图3显示：表面修饰DMSA后，氧化铁纳米粒子的饱和磁化强度为53.53 emu·g-1(a)，与修饰之前的值61.43 emu·g-1(b)相比略有降低，这是由于样品中非磁性有机分子的存在，使得单位质量样品的磁化强度有所降低［20］。γFe2O3与DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子的矫顽力分别为0.25O e和0.14O e，表明样品接近超顺磁性。理论上，具有10 nm磁核尺寸的磁性氧化铁纳米粒子已经达到超顺磁尺寸，具有零矫顽力［21］。样品中微小矫顽力的存在可能是由于粒子间聚集体的存在。

2.3 聚集和表面分子吸附对磁性纳米粒子水动力尺寸的影响

见表1、2。表1 γFe2O3及解胶前、后DMSA@γFe2O3纳米粒子在水溶液中(pH=7)的水动力平均直径（D）（略）

表2 DMSA@γFe2O3纳米粒子在pH 9.0硼酸盐缓冲溶液及依次加入IgG和GAH IgG后的水动力平均直径（略）

溶液中纳米粒子水动力尺寸是指包括表面有机物壳层和水化层在内的总的尺寸，一般大于纳米粒子核尺寸。用光子相关光谱仪(PCS)测量了γFe2O3与DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子在水溶液中的水动力平均直径（D），结果如表1所示。可以看到，表面修饰前γFe2O3纳米粒子的水动力平均直径为92 nm，远大于TEM所测得的平均磁核尺寸(10 nm)。解胶前DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子的水动力直径为110 nm，大于γFe2O3纳米粒子的水动力直径(92 nm)，这一方面是由于聚集效应，另一方面还归于表面DMSA修饰层的贡献。解胶后，DMSA@γFe2O3纳米粒子的水动力平均直径减小为75 nm。

DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子在硼酸盐缓冲溶液以及依次加入IgG和GAH IgG后，磁性纳米粒子的水动力直径发生了变化。从表2可以看到，DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子在硼酸盐缓冲溶液中平均水动力直径为78 nm，略大于水溶液中的水动力尺寸(75 nm)。当在含有DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子的硼酸盐缓冲溶液中加入IgG后，磁性纳米粒子的水动力直径变为88 nm，进一步加入GAH IgG后，磁性纳米粒子的水动力直径继续增加，变为136 nm。

2.4 聚集和表面分子吸附对磁性纳米粒子交流磁化率的影响

见图4。

图4表示了γFe2O3及解胶前后DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子在水溶液中的交流磁化率谱，实线表示对实验数据的理论拟合。由图4可知，3种不同的磁性纳米粒子交流磁化率的虚部依次在142 Hz(a)、119 Hz(b)以及160 Hz(c)处出现一峰值，即Brownian弛豫特征频率先减小再增加。这与表1所示相同条件下水动力尺寸先增加再减小一致，符合理论预示结果。

解胶后DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子在pH9.0的硼酸盐缓冲溶液中(纳米粒子浓度为0.6 mg·ml-1)以及依次加入IgG(终浓度为0.1 mg·ml-1)和GAH IgG(终浓度为0.1 mg·ml-1)后的交流磁化率随频率的变化关系见图5。图5表明，对应的Brownian弛豫特征频率依次为150、140和100 Hz左右。这与表2所示相同条件下水动力尺寸逐渐增加一致，符合理论预示结果。 　　3 讨论

本研究观察了聚集和表面分子吸附对磁性纳米粒子交流磁化率的影响，主要研究了Brownian弛豫特征频率ωB与溶液中磁性纳米粒子聚集和表面吸附的关系，以期通过磁化率测量来传感磁性纳米粒子聚集和表面分子吸附的事件。这里，ωB=κBT/4πr3η特征频率ωB与溶液中磁性纳米粒子的水动力学半径成3次方反比关系。因此，溶液中磁性纳米粒子的聚集和表面生物分子吸附主要通过对水动力尺寸的改变来影响其特征频率。本研究同时采用光子相关光谱仪对溶液中磁性纳米粒子的水动力尺寸进行测量来加以验证。

TEM研究表明，γFe2O3及DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子的平均磁核直径为10 nm，而用PCS测量得到的水动力平均直径远大于纳米粒子的平均磁核尺寸，粒子表面的水化层不可能导致如此大的水动力尺寸，因此，纳米粒子以一定尺寸分布的聚集体的形式存在于溶液中。一般来说，磁偶极相互作用和范德瓦尔兹力是导致这种聚集的原因［22］。通过合适的表面修饰(包括物理吸附和化学吸附)，在表面引入更多的电荷和有机分子阻挡层可以改善这种聚集。DMSA分子具有双巯基和双羧基结构，其化学吸附到γFe2O3纳米粒子表面，使得在粒子表面上引入较多的羧基基团—COOH。通过解胶，即用碱来解离羧基上的氢，可以使粒子表面带上更多的负电荷，从而通过粒子间的静电排斥使纳米粒子变得更分散，水动力尺寸得到降低。解胶前DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子的水动力直径为110 nm，大于γFe2O3纳米粒子的水动力直径，这一方面是由于聚集效应，另一方面还归于表面DMSA修饰层的贡献。解胶后，DMSA@γFe2O3纳米粒子的水动力平均直径减小为75 nm，这与前述分析相一致。解胶后的DMSA@γFe2O3纳米粒子由于具有更小的水动力尺寸和更高的表面电荷，使得其在水溶液中更加稳定，即使在离子强度较高的缓冲溶液(如pH=9.0硼酸盐缓冲溶液和pH=6.0柠檬酸缓冲溶液)中也表现出很好的稳定性，这为进一步研究在缓冲溶液中粒子表面吸附抗原、抗体的结合事件提供了保证。

磁性纳米粒子由于聚集以及表面生物分子吸附导致其水动力直径的变化为交流磁化率的测量提供了前提，因为交流磁化率谱峰的特征频率与粒子的水动力尺寸有3次方反比关系。通过对解胶后DMSA@γFe2O3(D=75 nm)，γFe2O3纳米粒子(D=92 nm)及解胶前DMSA@γFe2O3(110 nm)磁性纳米粒子交流磁化率的测量，得到交流磁化率谱峰的特征频率依次出现在160 Hz、142 Hz及119 Hz处，表现出与理论一致的关系。为了进一步研究表面分子吸附对磁性纳米粒子交流磁化率的影响，我们还测量了分散在pH 9.0的硼酸盐缓冲溶液中的磁性纳米粒子以及依次加入IgG和GAH IgG后的交流磁化率，其谱峰特征频率依次出现在150、140及100 Hz左右，与对应的水动力直径(78、88和136 nm)相对应，符合理论关系。这里，磁性纳米粒子作为溶液中的磁敏感探针，能够灵敏地反映其表面上生物分子吸附及特异性识别的事件，为发展新的生物传感方法提供了思路。

这种传感方法优点在于在交流磁化率的测量中不受游离的抗原及抗体等生物分子的影响，在检测过程中不需要后续的分离和洗涤处理，磁化率测量设备易于搭建，成本低，因此该方法具有更强的实用性。另外一些可以预见的优势是，该方法可以区分不同大小的生物分子在纳米粒子表面的吸附，以及生物分子诱导的特异性磁性纳米粒子聚集。

当所测磁性液体的粘滞系数及绝对温度等因素不变时，磁化率谱特征频率的变化只与磁性纳米粒子的水动力尺寸及尺寸分布有关。窄的粒子尺寸分布能够降低磁化率谱的宽度，从而可进一步增加检测的灵敏度。因此，选择单分散磁性纳米粒子做为磁敏感探针，将有望大大提高此生物传感方法的检测精度。

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