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纳米磁性颗粒是指含有磁性金属或金属氧化物的超细粉末而具有磁响应特性的纳米级粒子,它不仅具有一般纳米材料特有的小尺寸效应、量子效应,更重要的是它具有的独特的超顺磁性能。纳米磁性颗粒经过一定的表面改性,可以稳定分散于特定的基液中,形成具有超顺磁性的溶液,该溶液称为“磁流体”。磁流体既具有液体的流动性,又具有纳米磁性颗粒的超顺磁性,这使得它在生物医学方面的研究十分活跃,并把磁流体相继应用于细胞治疗(包括细胞标记、靶向和分离等)、组织修复、药物缓释、磁共振成像、热疗以及磁基因转染等等。在生物医学领域,要求磁流体中含有的纳米颗粒必须拥有生物相容性、分散性、高的磁响应性等,因此,通常应对磁性纳米颗粒进行表面修饰。磁性颗粒表面经功能化修饰后含有较丰富的表面活性基团,可以共价结合细胞、抗原和抗体等生物活性物质,应用于疾病的诊断和治疗。
本文用溶胶-凝胶法制备了纳米Ni0.5Zn0.5Fe2O4磁性颗粒,并用SiO2对纳米Ni0.5Zn0.5Fe2O4磁性颗粒进行了表面修饰,然后对改性和未改性的两种纳米磁性颗粒进行了BSA吸附实验。其具体内容如下:
(1)以柠檬酸和金属盐为原料,通过溶胶-凝胶法合成了纳米Ni0.5Zn0.5Fe2O4磁性颗粒,经不同焙烧温度处理得到了晶粒尺寸和磁响应特性不同的磁性纳米颗粒。采用XRD,FTIR,TG-DTA,SEM,TEM和VSM等表征技术,研究了热处理温度和SiO2含量对晶粒尺寸及磁性能的影响。结果表明,随着温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大,其平均晶粒尺寸由400℃时的14nm逐渐增大到700℃时的45nm；饱和磁化强度由400℃时的46Am2／kg增加到700℃时的68.Am2／kg,而矫顽力表现为先增大后减小的趋势,在500℃时达到最大值9.2 kA／m；随着SiO2含量的增加,在600℃时其平均晶粒尺寸由无SiO2时的42nm减小到SiO2含量为20wt％时的17nm,饱和磁化强度由57.Am2／kg减小到39Am2／kg,而矫顽力的变化却不太明显。
(2)以牛血清白蛋白(BSA)为模型蛋白,首次考察了不同晶粒尺寸的Ni0.5Zn0.5Fe2O4磁性纳米颗粒对蛋白质的吸附性能。结果表明,晶粒尺寸为24 nm的Ni0.5Zn0.5Fe2O4磁性纳米颗粒对BSA的吸附量最大,最大值约为33 mg／g,这可能是由于该尺寸纳米磁性粒子的最可几孔径与BSA尺寸相近所致。
(3)采用SiO2改性纳米Ni0.5Zn0.5Fe2O4磁性颗粒的方法,研究不同SiO2含量改性后纳米磁性颗粒对BSA吸附性能的影响。结果表明,纳米Ni0.5Zn0.5Fe2O4磁性颗粒的比表面积,晶粒尺寸是决定BSA吸附性能的主要因素,随着比表面积的增加(晶粒尺寸的减小),BSA的吸附量逐渐增大,这说明SiO2修饰后增大了纳米磁性颗粒的比表面积,提高其表面的活性,从而使吸附性能得到提高。