基于磁性纳米粒子的多功能复合材料的制备及其生物医学应用研究

摘要

超顺磁性纳米粒子因其特有的小尺寸、磁响应快速等特点在生物及医学领域中有着显著的应用优势，在特定细胞分离、药物的靶向输运、核磁共振成像造影剂、磁热疗等方面，具有非常广阔的应用前景。而荧光量子点与贵金属(Au、Ag)纳米粒子在生物医学成像方面展现出了广阔的应用前景。近年来的研究热点之一即是具有荧光与磁性双重功能或多重功能的复合纳米结构的制备及其生物医学应用。现有的合成方法往往过分关注纳米粒子的结晶性、分散性，而忽视了制备方法的简便性、安全性以及对环境的影响。本论文围绕基于超顺磁性纳米粒子的荧光一磁性双功能纳米复合结构制备及其应用这一课题，力图发展一种简便、绿色、通用的水相制备方法，主要研究超顺磁性纳米粒子的简便合成工艺、荧光量子点．超顺磁性纳米粒子复合结构的简便制备及其生物医学应用、Ag-Fe3O4复合纳米结构的一步法制备、核壳结构磁性纳米粒子自组装成环机理研究及其在核磁共振成像领域的应用等。主要内容包括:
　　 1、共沉淀法与氧化还原法制备超顺磁性Fe3O4纳米粒子:利用水合肼作为还原剂和沉淀剂，采用共沉淀法制备了磁性Fe3O4纳米粒子；在柠檬酸三钠的水溶液中加入Fe(NO)3溶液，在120℃下利用水合肼还原Fe(Ⅲ)来制备粒径分布在7-9nm的超顺磁性Fe3O4纳米粒子；将制各的超顺磁性Fe3O4纳米粒子成功封装进了脂质体之中；获得的脂质体囊泡尺寸分布主要集中在200nm-400nm之间。
　　 2、利用水合肼作为还原剂与沉淀剂、柠檬酸三钠作为表面活性剂在90℃下水热法成功合成了5nm粒径的超顺磁性Fe3O4纳米粒子，以该纳米粒子作为种子，经由一个简单的水相反应、使用柠檬酸三钠作为表活剂与偶联剂，成功制备了Fe3O4-CdSe/CdS复合纳米结构，其中Cd2+与Se2+和S2+的摩尔比是量子点形成的关键。X-射线衍射花样(XRD)与高分辨透射电子显微镜(HRTEM)照片、吸收谱证实了核壳结构CdSe/CdS量子点的生成，荧光谱证明了产物在584nm附近有较强的荧光发射，同时没有发现CdS的发光峰也说明了CdS并未单独形核；激发谱则表明不同能量的激发光对荧光量子点发射的荧光强度有极大影响，荧光显微镜观察结果也说明了这一点；磁测量数据证明产物为超顺磁性。柠檬酸三钠本身既作为表面活性剂、偶联剂，同时又起到了生物修饰的作用。这一复合纳米结构可以被外磁场操控，并且具备双光子成像能力与T2核磁共振成像能力，细胞实验进一步表明这一复合纳米结构可以被用于细胞标记与荧光成像。
　　 3、使用柠檬酸三钠作为表面活性剂与偶联剂、水合肼为还原剂和沉淀剂，AgN03与Fe(NO)3溶液为反应物，在90℃条件下，通过简单的一步法水热反应12小时制备了Ag-Fe3O4复合纳米材料，避免了繁琐的多步反应，XRD、HRTEM数据证明了产物由Ag纳米粒子与Fe3O4纳米粒子偶联成复合结构。同时我们研究了表面活性剂、Ag+与Fe3+比例、水合肼用量等对最终产物形貌的影响，并发现了几种有趣的复合结构，而且发现产物在800nm双光子激发下有明显荧光发射，证明了这种双组分复合纳米结构具备双光子成像能力。核磁共振成像(MRI)测试发现即便产物浓度在25μg/mL时其T2弛豫时间仍然小于2毫秒，而水的T2弛豫时间则为300毫秒左右，这表明这种双组分复合纳米结构可用作T2核磁成像造影剂。
　　 4、在水热体系中，通过调节Ag+与Fe3+离子的比例，利用简单的一步反应大量制备了自组装形成的纳米环结构，XRD数据证明产物之中同时含有Ag与Fe304两种物质，HRTEM数据和电子能谱(EDS)线扫描数据则证明了构成纳米环的粒子是Ag核Fe3O4壳层结构，在此基础上我们分析了该反应的机理并进一步研究了Ag+和水合肼用量对产物的影响，发现Ag+的存在与否决定了核壳结构纳米粒子与纳米环能否形成，而其用量是影响纳米环形貌的关键因素。磁测量数据表明我们的产物是铁磁性，环状结构增强了纳米粒子的磁性能，而MRI数据则表明这种纳米环具有更好的信号增强效果，可以用作T2核磁共振成像造影剂。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 磁性纳米粒子的生物医学应用

1．1．1 磁性纳米粒子的化学制备方法

1．1．2 磁性纳米粒子的表面修饰

1．1．3 磁性纳米粒子的生物医学应用

1．2 无机纳米发光材料的制备与生物医学应用

1．2．1 荧光量子点的制备及其生物医学应用

1．2．2 金、银贵金属纳米粒子的制备及其生物医学应用

1．3 磁性与发光双功能复合纳米材料的制备及生物医学应用

1．3．1 荧光量子点与磁性纳米粒子复合结构的制备及其生物医学应用

1．3．2 Au、Ag纳米粒子与磁性纳米粒子复合结构的制备及其生物医学应用

1．4 本论文的选题背景与研究内容

参考文献

第二章 Fe3O4纳米粒子制备及其脂质体封装

2．1 试验部分

2．1．1 试剂和材料

2．1．2 样品制备

2．1．3 样品表征

2．2 结果与讨论

2．2．1 磁性粒子XRD结果

2．2．2 磁性粒子形貌表征

2．2．3 磁性脂质体形貌表征

2．3 本章小结

参考文献

第三章 荧光与磁性双功能纳米复合材料制备及其生物医学应用研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂和材料

3．2．2 超顺磁性Fe3O4纳米粒子的合成

3．2．3 Fe3O4-CdSe／CdS复合纳米结构的合成

3．2．4 细胞培养与成像实验

3．2．5 样品表征与细胞荧光成像

3．3 结果与讨论

3．3．1 XRD结果

3．3．2 透射电镜分析

3．3．3 荧光性能分析

3．3．4 磁学性质分析

3．3．5 细胞荧光成像

3．4 本章小结

参考文献

第四章 超顺磁性纳米粒子与银纳米粒子复合结构制备及其应用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂和材料

4．2．2 样品制备

4．2．3 样品表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 XRD结果

4．3．2 透射电镜分析

4．3．3 反应机理分析

4．3．4 离子比对反应的影响

4．3．5 磁性能分析

4．3．6 表面活性剂对产物的影晌

4．3．7 反应物浓度对产物的影响

4．3．8 Ag-Fe304复合纳米结构的双光子显微镜表征

4．4 本章小结

参考文献

第五章 Ag/Fe3O4核壳结构单元的纳米环组装及其应用研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 试剂和材料

5．2．2 样品制备

5．2．3 样品表征

5．3 结果与讨论

5．4 本章小结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果