锌锰铁氧体纳米颗粒的合成与磁共振影像研究

发布时间：2020-10-02 07:01

　　 磁性纳米材料具有优异的磁性能、良好的生物相容性、易于表面修饰及功能化等优势,在生物医药领域,如靶向药物传输、磁共振成像(MRI)、生物分离和磁热治疗方面,有广泛的应用前景。锌锰铁氧体(ZMF)纳米颗粒是一种典型的磁性纳米材料,可以显著缩短水质子的横向弛豫时间,通过增强核磁共振信号值差异性来区别病变组织和正常组织,被认为是MRI造影剂的理想候选材料。目前由于ZMF尺寸可调范围窄、水相稳定性差和靶向性缺乏等问题,限制了它在MRI中的应用。本论文聚焦于ZMF纳米颗粒的尺寸调控和功能化设计,成功合成了双靶向配体修饰的核壳结构影像探针,实现了脑胶质瘤的MRI诊断。本论文的主要研究内容包括:(1)不同尺寸ZMF纳米颗粒的合成:针对目前ZMF纳米颗粒尺寸调控范围窄,难以满足不同生物应用需求的问题,我们采用高温热分解法,通过对不同反应参数的调节,成功制备了尺寸在5-20 nm范围可调的ZMF纳米颗粒。相比常规的种子介导生长方式,该策略工艺简便、产物粒径分布窄。实验结果表明:引入强还原剂1,2-十六烷二醇有利于合成小尺寸的纳米颗粒;以金属氯化物作为金属前躯体、延长回流时间有利于合成较大尺寸的纳米颗粒。(2)超小ZMF纳米颗粒用于脑胶质瘤MRI诊断的研究:针对当前钆基造影剂跨越血脑屏障(BBB)效率低、毒性大和脑胶质瘤靶向性差等问题,我们通过控制热分解温度合成了超小锌锰铁氧体(UZMF)纳米颗粒,并在表面包裹一层超薄氧化硅(SiO_2)。由于SiO_2表面含有丰富的硅羟基,得到的UZMF@SiO_2(UZMFS)纳米颗粒在水相中具有良好的分散性和稳定性,Angiopep-2(ANG)的修饰进一步提高纳米颗粒跨越BBB和靶向脑胶质瘤的效率。由于SiO_2壳层薄至1 nm,UZMFS-ANG纳米探针仍保持较小的尺寸和较高的成像性能,其纵向弛豫率为4.2 mM~(-1)s~(-1),横向弛豫率为240.38 mM~(-1)s~(-1)(显著高于临床钆剂)。细胞实验和动物实验验证了UZMFS-ANG的生物相容性、跨越BBB高效性和脑胶质瘤MR成像的准确性,有望解决脑胶质瘤的临床诊断难题。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R445.2;TB383.1
【部分图文】：

场引起的轨道矩改变；（2）电子本身具有的自旋；（3）电子绕核旋转的轨道角动量。第一种会使材料表现抗磁性，而后两种效应会产生磁化现象，即顺磁性。由于过渡金属的电子轨道一般含有未填满的 d 电子层，单个 d 电子的自旋运动和电子绕核轨道运动使过渡金属及其化合物具有顺磁性，其磁学性质主要是由 d 电子的自旋运动决定。不同材料由于元素成分和晶体结构不同，展现出不同的磁学特性。矫顽力和饱和磁化强度是磁性能的 2 个主要参数，矫顽力是使磁感应强度降低到 0 所需的场强 Hc；饱和磁化强度指在外加磁场中，磁性物质所能达到的最大磁化强度。图 1.1 说明了超顺磁性、反铁磁性、铁磁性和硬磁性材料的电子自旋情况。反铁磁的电子自旋刚好抵消，磁性很弱或几乎没有磁性；在外磁场的作用下，铁磁性的电子自旋方向几乎相同，因此铁磁性物质磁性较强；在交换偏置系统中，铁磁性的矫顽力会增大；硬磁性的电子自旋方向相同，表现出强磁性，且被磁化后能长久保持磁性。

gnetism and corresponding hysteresis loops; (e) interaction between fmagnetism (connected red dots represent exchange coupling); (f) hystweak ferromagnetism[7].性是指磁性纳米颗粒的粒径小于临界尺寸时，热扰动能 k晶各向异性能 KeffV，在此情况下颗粒内的磁矩方向就容的运动，在此情况下矫顽力趋于 0，呈现超顺磁性。从图 0 时，磁滞曲线是完全重合的。不同类型的磁性纳米颗粒通常按下式估算：r = (6kB )1/3B为 Boltzman 常数；T 为热力学温度；Keff为磁晶各向异构

С煞植唤鲇跋炱浯叛绠阅埽囗不嵊跋炱浜嵯虺谠ヂ?r2（图1.3）。不同成分的铁酸盐纳米颗粒也有不同的应用，如锌锰铁氧体具有超顺磁性，适合应用于生物医学技术；而 CoFe2O4是一种硬磁性材料，在磁记录方面有良好的应用前景。图 1.3 不同锌锰元素掺杂比例对饱和磁化强度的影响[13]。Fig 1.3 The effect of different Zn, Mn doping ratio on saturation magnetization and the schematicsof the magnetic property[13].1.1.4 尺寸效应尺寸依赖的磁学性质是磁性纳米颗粒的最显著特征之一，饱和磁化强度以及矫顽力会随着尺寸的变化而改变。如图 1.4 所示：Co0.6Fe2.4O4的矫顽力随着尺寸

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本文编号：2832079