引言

磁性纳米颗粒是由磁性元素（如铁、镍、钴、铬、锰、钆）及其化合物组成的纳米材料。磁性纳米颗粒是超顺磁性的，因为它们的纳米级尺寸，在各种各样的应用中提供了巨大的潜力，它们以裸露的形式或涂上表面涂层和为特定用途选择的官能团。特别是，铁氧体纳米颗粒是探索最多的磁性纳米颗粒，通过将许多单个超顺磁性纳米颗粒聚集成簇形成磁珠，可以大大增加其磁性。

磁性纳米颗粒可以选择性地附着在功能分子上，并允许在外部磁场下从电磁体或永磁体运输到目标位置。为了防止聚集并最大限度地减少颗粒与系统环境的相互作用，可能需要进行表面涂层。铁氧体纳米颗粒的表面通常被表面活性剂、二氧化硅、有机硅或磷酸衍生物修饰，以增加其在溶液中的稳定性。总的来说，包覆磁性纳米颗粒已广泛应用于医学应用，如细胞分离、免疫测定、诊断测试和药物输送。

图1：磁性纳米颗粒的各种应用方向

磁性纳米颗粒的性质

1. 磁性

磁性纳米颗粒的性质取决于其合成方法和化学结构。在大多数情况下，磁性纳米颗粒的尺寸范围在1到100纳米之间，并且可以显示超顺磁性。超顺磁性是由热效应引起的，热波动足够强，可以自发地使先前饱和的组装体退磁；因此，这些粒子的矫顽力为零，没有磁滞。在这种状态下，外部磁场能够磁化磁化率较大的纳米颗粒。当磁场被移除时，磁性纳米颗粒就不会表现出磁化。这一特性可用于控制治疗和靶向药物输送。

2. 磁热效应

有些磁性材料置于磁场中时会发热，离开磁场时则会冷却，这种现象被定义为磁热效应（MCE）。磁性纳米颗粒由于具有粒径依赖的超顺磁性特性，为传统块状材料提供了一种很有前景的替代方案。此外，磁性纳米颗粒中的大表面积具有与周围环境提供更好的热交换的潜力。通过对核壳结构的精心设计，将有可能控制磁性纳米颗粒与周围基质之间的热交换，这为改进热疗等治疗技术提供了可能的途径。

磁性纳米颗粒的应用方向

1. 磁分离

在生物医学研究中，特定分子（包括DNA、蛋白质和细胞）的分离是大多数生物科学领域的生物技术发展的先决条件。在各种生物分离方法中，磁性纳米颗粒因其独特的磁分离效应和极具前景的效率为基础的生物分离提供了保障，这一点被文献记载最多并得到广泛应用。在此过程中，生物分子被磁性纳米颗粒胶体标记，然后在外加磁场作用下进行分离，可应用于细胞分离、蛋白质纯化、RNA/DNA 提取、免疫沉淀等领域。

图2：磁分离在生物医学中的应用机理图

磁珠等磁性纳米颗粒由于体积小、分离效果好、分散性好等优点，已广泛应用于细胞和生物分子的分离纯化。这一学科领域的发展趋势之一是利用与磁珠偶联的抗体进行磁分离，以提供高度精确的抗体，这些抗体可以特异性地结合到目标位点表面的匹配抗原上。

2. 诊断

通过使用磁性纳米颗粒标记干细胞，已经开发了非侵入式成像方法。其中，磁共振成像（MRI）被广泛用作诊断工具，以呈现高空间分辨率和极大的解剖细节来可视化组织的结构和功能。目前已经开发了几种磁性纳米颗粒来改善MRI成像中的造影剂，具有提高灵敏度、良好的生物相容性和在中等浓度下易于检测的显著优点。

3. 传感器

由于其独特的磁性，许多基于磁性纳米粒子的生物传感器已被表面功能化以识别特定的分子靶标，这在生物系统中是不存在的。由于其不同的组成、大小和磁性， 磁性纳米颗粒可以用于各种仪器和形式的生物传感，提高了灵敏度和稳定性。

4. 药物输送

磁性纳米颗粒已被开发并应用于肿瘤的局部药物递送。磁性纳米颗粒首先作为药物的载体，附着在药物的外表面或溶解在涂层中。一旦被药物包裹的颗粒被引入到患者的血液中，强永磁体就会产生磁场梯度，将颗粒保留在目标区域。此外， 涂有药物的磁性纳米颗粒可以静脉注射、运输并保留在目标部位，这使它们成为非常有前途的药物输送系统。

图3：具有不同外壳的磁性纳米颗粒示意图

5. 治疗

磁性纳米颗粒目前已被探索作为肿瘤靶向治疗加热的技术，这被称为热疗。不同类型的超顺磁性纳米颗粒具有不同的涂层和靶向剂，用于特定的肿瘤部位。磁颗粒加热可以在治疗人体几乎任何位置的肿瘤所需的深度完成。此外，磁性纳米粒子热疗还可以作为常规化疗和放疗的辅助手段，显示出巨大的潜力。

图4：用于肿瘤治疗的磁性纳米颗粒结构图

参考文献

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