论文总字数：23267字

摘 要

作为唯一被美国品和药物管理局（FDA）批准应用于临床的磁性纳米粒子，超顺磁性四氧化三铁纳米粒子（SPINOs）由于其独特的表面比效应、小尺寸和量子尺寸效应以及磁性特性受到人们的关注，它们在生物科学和医学中的潜在应用也在过去的数十年间得到迅速发展。与SPINOs的其他制备方法相比，高温热解法因能够得到晶体质量高且粒径均一、可控的超小纳米粒子而引起广泛关注。但是该方法制备出的纳米粒子通常涂有长链碳氢化合物，导致表面疏水，限制了其在生物医学中的应用，因此需要对其进行改性以提高其水溶性和生物相容性。葡聚糖是一种具有水溶性的多糖，在临床上经过了半个多世纪的使用验证，具有良好的生物相容性，是超顺磁性铁纳米粒子的良好稳定剂，且经过葡聚糖修饰的磁性纳米粒子对于细胞的安全性已经被证实。本课题首先采用高温热解法制备出不同粒径大小的SPINOs，并对该纳米粒子进行一系列基本表征。之后，为了增加该纳米粒子在水溶液中的分散性，用生物相容性较好的葡聚糖对制备出的油溶性SPINOs进行改性。并通过透射电镜（TEM）、纳米粒度和Zeta 电位分析仪（DLS）、傅氏转换红外线光谱分析仪（FTIR）、X射线衍射分析仪（XRD）和热重分析仪（TG）对改性前后的纳米粒子产物进行一系列性能表征。结果表明，改性后的纳米粒子均具有良好的分散性，水溶性得到明显改善，进而成为既具有较小尺寸分布又具有良好生物相容性的磁共振（MRI）造影剂。

关键词：SPINOs；葡聚糖；包覆改性

ABSTRACT

As the only magnetic nanoparticle approved for clinical application by the US Food and Drug Administration (FDA), superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPINOs) due to their unique surface-ratio effects, small size and quantum size effects, and magnetic properties Concerned by people, their potential applications in biological sciences and medicine have also been rapidly developed in the past decades. Compared with other preparation methods of SPINOs, high-temperature pyrolysis has attracted wide attention due to the ability to obtain ultra-small nanoparticles with high crystal quality and uniform particle size and controllability. However, the nanoparticles prepared by this method are usually coated with long-chain hydrocarbons, resulting in hydrophobic surfaces, which limits its application in biomedicine, and therefore need to be modified to improve its water solubility and biocompatibility. Dextran is a water-soluble polysaccharide that has been clinically tested for more than half a century and has good biocompatibility. It is a good stabilizer for superparamagnetic iron nanoparticles and passes through dextran. The safety of the modified magnetic nanoparticles for cells has been confirmed. In this thesis, magnetic iron oxide nano-particles with different particle sizes were prepared by high-temperature pyrolysis, and a series of basic characterizations of the nanoparticles were performed. Then, in order to increase the dispersibility of the nano-particles in the aqueous solution, the oil-soluble ferroferric oxide nano-particles prepared were modified with dextran having a good biocompatibility. The nanoparticle products before and after the modification were subjected to transmission electron microscopy (TEM), nanoparticle size and Zeta potential analyzer (DLS), Fourier infrared spectrometer (FTIR), superconducting quantum interferometer and thermogravimetry (TG). Series performance characterization. The results showed that the modified nanoparticles had good dispersibility, and the water solubility was significantly improved, and then became a magnetic resonance (MRI) contrast agent with both small size distribution and good biocompatibility.

Key words: SPINOs; dextran; coating modification

目录

第一章 绪论 1

1.1 SPINOs的制备 1

1.1.1共沉淀法 1

1.1.2水热法 2

1.1.3微乳液法 2

1.1.4高温热分解法 2

1.2 SPINOs的表面改性 3

1.2.1 包覆改性 3

1.2.2 配体交换改性 3

1.3 葡聚糖及其在生物医药方面的应用 4

1.3.1 葡聚糖的结构及其性质 4

1.3.2 葡聚糖磁性复合微粒的生物安全性及应用 5

1.4 课题的提出和研究目标 5

1.4.1课题的提出 5

1.4.2研究目标 6

第二章 SPINOs的合成 7

2.1引言 7

2.2实验材料 7

2.2.1试剂 7

2.2.2主要仪器设备 7

2.3 制备方法 8

2.4测试与表征 9

2.4.1 透射电镜（TEM）表征 9

2.4.2 X射线衍射（XRD）表征 9

2.4.3傅氏转换红外光谱（FTIR）表征 9

2.4.4 热重（TG）表征 9

2.5 结果与讨论 10

2.5.1 TEM分析 10

2.5.2 X射线衍射（XRD）表征 11

2.5.3 FTIR分析 12

2.5.4 TG分析 13

2.6小结 13

第三章 SPINOs的水溶性改性研究 14

3.1引言 14

3.2实验材料 14

3.2.1试剂 14

3.2.2主要仪器设备 15

3.3实验方法 16

3.3.1葡聚糖与SPINOs的质量比对改性的影响 16

3.3.2水和THF的体积比对改性的影响 16

3.3.3葡聚糖分子量对改性结果的影响 17

3.4测试与表征 18

3.4.1 透射电镜（TEM）表征 18

3.4.2 动态光散射（DLS）表征 18

3.4.3 傅氏转换红外光谱（FTIR）表征 18

3.4.4 X射线衍射（XRD）表征 18

3.4.5 热重（TG）表征 18

3.5 结果与讨论 19

3.5.1 DLS分析 19

3.5.2 TEM分析 22

3.5.3 FTIR分析 22

3.5.4 XRD分析 23

3.5.5 TG分析 24

3.5.6 磁性能分析 25

3.5.7 MTT分析 25

3.6小结 26

第四章 结论 27

参考文献 28

致 谢 32

第一章 绪论

磁性纳米材料的研究，最初于20世纪70年代出现，后来经过不断的发展和壮大，磁性纳米材料是新型功能材料中在生物医学领域中非常具有广阔的应用前景的一种。由于其自身所具有的小尺寸效应和独特的磁特性，磁性纳米粒子在疾病的诊断和治疗应用方面已经显示出巨大的潜力^[1-3]。当直径小于20nm 时，这些纳米粒子的磁性可以被外部磁场所激发，即处于超顺磁状态，但是在外部磁场消失的情况下，它们的净磁矩通常是被热搅拌化为零。由于它们独特的磁特性，并且因为它们具有与生物学重要物质相当的尺寸，因此这些纳米颗粒在生物医学领域是非常有用的。他们对外部磁场的反应使生物分子能由磁性标记和检测，因此我们可以得到一些令人振奋的关于生物分离，生物检测和靶向药物递送的新方法^[4-6]。另外，这些磁性纳米粒子也可以响应一个交变的磁场和作为加热器的功能，提供了磁流体热疗治疗的可能方案^[7,8]。

目前使用较多的磁性纳米粒子有如下几种：（1）Fe₃0₄、Fe₂O₃等铁的氧化物类（2）Fe、Co等纯金属（3）MgFe₂O₄、MnFe₂O₄、CoFe₂O₄等其他磁性化合物类（4）CoPt₃、FePt等磁性合金类[10]。在这些粒子之中，Fe₃0₄和FE₂O₃这两种铁的氧化物的使用相对较多。

SPINOs的制备

目前已经可以使用多种方法将SPINOs纳米颗粒的尺寸控制在几纳米至几十纳米之间^[11]。共沉淀法是一种经典的方法，共沉淀法的优势在于能够低成本的制备SPINOs。还有一些比较常用的方法，比如水热法和微乳液法等^[12,13]。除此以外，如要制备出具有高质量晶型的SPINOs，还可以使用高温热分解法，即使这种方法相对于其他几种方法更为复杂，而且成本比较高。

1.1.1共沉淀法

共沉淀法是目前研究中最为成熟的一种制备磁性纳米粒子的方法^[14,15]，其反应的原理是

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