磁性納米顆粒的合成及生物應(yīng)用

1、磁性納米顆粒的合成及生物應(yīng)用L. Harivardhan Reddy, Jose L. Arias, Julien Nicolas, and Patrick Couvreur*,目錄1。目錄2。設(shè)計磁性膠體2.1。合成策略2.1.1。電子束光刻技術(shù)2.1.2。氣相沉積2.1.3。索爾凝膠方法2.1.4。氧化法2.1.5 化學(xué)共沉淀2.1.6。水熱方法2.1.7。流動注射方法2.1.8。電化學(xué)方法2.1.9。氣溶膠/氣相方法2.1.10。聲化學(xué)的分解方法2.1.11。超臨界流體法2.1.12。綜合使用Nanoreactors2.1.13。微生物方法2.1.14。合成Metal-Doped氧化鐵納

2、米粒子2.2。穩(wěn)定的程序2.2.1。使用穩(wěn)定表面涂層材料2.2.2。封裝成聚合物殼2.2.3。封裝成脂質(zhì)體1。介紹近年來,相當大的努力一直在發(fā)展的磁性納米顆粒(基于),他們的行為的理解,提高其適用性在許多不同的領(lǐng)域。1、2精確控制的合成條件和表面功能化和基于是至關(guān)重要的,因為它支配他們的物理化學(xué)性質(zhì),膠體穩(wěn)定性、生物行為/命運。用于制藥和生物醫(yī)學(xué)、磁平臺應(yīng)具有非常小的尺寸和尺寸分布窄和高磁化強度值。此外,這些納米顆粒(NPs)必須結(jié)合高磁化率的最佳磁富集和損失磁場磁化后切除。最后,他們需要最佳的表面涂層,以確保寬容和生物相容性,以及在生物目標站點特定的本地化?；趽碛羞m當?shù)奈锢砘瘜W(xué)和定制的表面

3、性質(zhì)都進行了廣泛的調(diào)查為各種應(yīng)用,如藥物輸送、高熱,磁共振成像(MRI)、組織工程和維修,若,生化分離和生物分析法。在疾病治療領(lǐng)域,“開展”的發(fā)展,同時促進藥物遞送和成像,代表MNP技術(shù)的一個重要突破。3目前,各種臨床試驗正在進行中,調(diào)查不同的磁性納米藥物的潛力和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用本文將全面描述和基于的合成、物理化學(xué)特性,及其生物制藥的表演,包括藥物動力學(xué)、生物分布和毒性。特別強調(diào)將他們的應(yīng)用程序在治療,診斷,組織工程,和其他生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用,如傳感與分離細胞,細菌和病毒,生化藥劑和重金屬的分析。2。設(shè)計磁性膠體 2.1。合成策略鐵氧體膠體,磁鐵礦(Fe3O4)和磁赤鐵礦(-Fe2O3),是主要的代表

4、和基于,迄今已收到相當大的注意力在醫(yī)學(xué)和制藥等領(lǐng)域,因為他們的生物相容性和生物降解性。1、5這些鐵氧體膠體具有尖晶石晶體結(jié)構(gòu)與氧離子形成一個擁擠不堪的立方晶格和鐵離子位于間隙。Fe3O4來自反鐵磁耦合的磁化(超交換雖然氧)之間Fe3 +離子在八面體和四面體間隙,離開價離子的磁矩(八面體位置)負責單位的磁化單元。主要的合成途徑提出了制備Fe3O4 NPs報道如下:（1） 物理方法,如氣相沉積和電子束曝光。然而,這些方法受無法控制粒子尺寸下降到納米尺度（2） 濕化學(xué)制備方法,如溶膠凝膠合成、氧化法、化學(xué)共沉淀、熱液反應(yīng),流動注射合成、電化學(xué)方法、氣溶膠/蒸汽方法,化學(xué)分解反應(yīng),超臨界流體的方法,并

5、使用納米反應(yīng)器合成（3） 微生物方法通常是簡單的,多才多藝,和明顯的控制有效成分和粒子幾何產(chǎn)生的材料 或者,極大的興趣最近致力于摻雜金屬的發(fā)展與增強磁性鐵氧化物。因此,人們提出了各種方法對這些金屬尖晶石鐵酸鹽的合成(MFe2O4,其中M可以是錳、鐵、鋅、鎳、等)2.1.1。電子束光刻技術(shù)2.1.2。氣相沉積2.1.3。索爾凝膠方法2.1.4。氧化法2.1.5 化學(xué)共沉淀2.1.6。水熱方法2.1.7。流動注射方法2.1.8。電化學(xué)方法2.1.9。氣溶膠/氣相方法2.1.10。聲化學(xué)的分解方法2.1.11。超臨界流體法2.1.12。綜合使用Nanoreactors2.1.13。微生物方法2.1.

6、14。合成Metal-Doped氧化鐵納米粒子2.2。穩(wěn)定的程序精細劃分鐵非?；钚匝趸瘎┖退虺睗竦目諝獾拇嬖凇Ｒ虼?保護和基于至關(guān)重要獲得物理和化學(xué)穩(wěn)定膠體系統(tǒng)。這種保護可以通過表面涂層的和基于(圖7)。此外,表面涂層可以提高膠體粒子的物理穩(wěn)定性,增加water-dispersibility,并為進一步提供功能化和生物活性分子或靶向配體結(jié)合,并獲得多功能NPs。這樣的穩(wěn)定可以通過以下:（1） 通過表面涂層使用適當?shù)木酆衔锓€(wěn)定劑/表面活性劑,如。、右旋糖酐、carboxydextran聚(乙烯醇)(PVA),或聚(乙二醇)(掛鉤);或由幾個原子層沉積的無機金屬(如。、黃金)、非金屬(如。(如氧

7、化、石墨)或表面。二氧化硅)。（2） 通過生成聚合物殼后避免集群增長成核并保持對引力粒子域分開。在這種情況下,復(fù)合粒子準備從單體或預(yù)成型的聚合物可以由聚合物基質(zhì)(即。nanosphere)或水庫系統(tǒng)的水或一種油性核心周圍是聚合物殼有關(guān)納米膠囊(即)。（3） 由類脂涂料(如的形成。脂質(zhì)體/脂質(zhì)NPs)磁芯2.2.1。使用穩(wěn)定表面涂層材料表面,從而防止體外和體內(nèi)聚合。表面涂層的類型和它的幾何排列在磁芯不僅確定的總規(guī)模膠體也扮演重要角色關(guān)于其生物命運表面穩(wěn)定通常是通過使用nonpolymeric穩(wěn)定器基于有機單體軸承官能團羧酸鹽、磷酸鹽、或硫酸鹽,如。,OA alkanesulphonic和alka

8、nephosphonic酸乳糖醛酸月桂酸dodecylphosphonic hexadecylphosphonic酸,或為原料,或聚合物穩(wěn)定劑,即,右旋糖酐、掛鉤、PVA,86海藻酸,殼聚糖,支鏈淀粉。或聚(乙烯亞胺)(PEI)(圖8)。當聚合物材料用作穩(wěn)定劑,聚合物的吸附到基于授予保護空間斥力和作為一個屏障對粒子之間的相互作用,從而維持5粒子分開從一個另一個。這樣的保護是最有效的在使用兩親性共聚物軸承親水段傾向于水介質(zhì)中傳播和疏水段錨定到粒子表面。如果聚合物鏈是帶電的,可能發(fā)生額外的靜電斥力,從而賦予結(jié)合離子和空間(electrosteric)穩(wěn)定的效果。換句話說,聚合物涂層表面可以定制屬性

9、(化學(xué)基于功能和表面電荷),構(gòu)成一個優(yōu)秀的屏障防止聚合,導(dǎo)致穩(wěn)定的磁nanoformulations物理、化學(xué)的變化。關(guān)于血管(靜脈(注射)或管理基于動脈內(nèi)的),重力沉降的血流可以被認為是微不足道的,多虧了這些聚合物涂料一般磁核的平均密度降低。然而,之前考慮生物醫(yī)學(xué)聚合物的應(yīng)用,一些關(guān)鍵特征必須考慮:長度和分子量、化學(xué)結(jié)構(gòu)(生物降解性和疏水/親水字符),構(gòu)象,程度的表面覆蓋,和附件機制,粒子表面(共價、疏水或離子綁定)。聚合物的構(gòu)象在NP表面有助于有效水動力大小和防污性能,減少的重要因素的快速血液間隙NPs輸液管理后,由于免疫識別磁性油墨印刷及防偽技術(shù) 磁性油墨印刷簡稱磁性印刷是一種特種油墨的

10、防偽印刷技術(shù)在油墨中填加磁性物質(zhì)進行印刷的方式。磁性印刷屬于磁性記錄技術(shù)的范疇通過磁性印刷完成磁性記錄體的制作使之具有所要求的特殊性能。磁性印刷品是用記錄技術(shù)和印刷技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的獨特媒體其特點是數(shù)據(jù)能在磁性卡片上寫入、讀出視覺上能看到文字、圖案和照片。磁性印刷基本技術(shù)磁性印刷品是在紙張或塑料片基上敷以磁層在其他部分印上文字或圖案以及用以顯示與使用狀況相應(yīng)的視覺信息的印字層經(jīng)模壓加工而成。磁性印刷品的片基要求有適度的韌性厚度均勻表面平滑溫濕度變化時不易發(fā)生伸縮或卷曲耐水和耐蝕性良好印刷和加工適性好價格低廉。常用的材料有膠版紙、涂料紙、浸樹脂紙和聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸酯(PET)等塑料

11、片基及其復(fù)合材料厚度在150-800微米之間。對磁粉的要求是磁飽和度大、顆粒大小均勻、分散性好、穩(wěn)定、時效長。常用的有磁赤鐵礦、附著鉆鐵的一氧化鐵。以磁粉顏料、連結(jié)料、干燥劑、抗氧劑、濕潤劑以及其他附加劑等組成磁性油墨。在黑墨中加入炭黑在色墨中加入其他彩色顏料以得到色彩。磁性印刷采用絲印或膠印方法獲得帶狀或圖形磁層它能在卡片必要的地方形成磁帶從而降低了成本而磁性油墨中磁性顏料的含量、顏色的磁性和印刷后油墨膜層的厚度等會影響磁性。磁性印刷品在印刷后在兩面復(fù)膜透明的PVC片用熱壓機壓合按規(guī)定尺寸進行模切。磁性印刷為了防止偽造和篡改對安全保密性越來越高因此在磁性材料、印刷、加工方法上采用特殊的材料或

12、技術(shù)。如在印刷中使用特殊的制版技術(shù)和油墨包括用螢光油墨、熱敏變色油墨、吸收紅外線油墨進行印刷還用地紋印刷、微縮印刷、彩虹全息等措施以防止偽造。磁性油墨的發(fā)展20世紀60年代前后隨著電子技術(shù)的發(fā)展磁性油墨首先在銀行和郵政的業(yè)務(wù)中使用。當時使用磁性油墨并非用于防偽而是主要用于銀行對票據(jù)的自動處理、郵政對信件的自動分揀所以磁性油墨只用于印刷字母和數(shù)字以能對印件進行自動識別和處理即磁性油墨字母識別法(MagneticInkCharacterRecognitionMICR)。80年代開始磁性油墨不再限制在黑色或有限的幾種顏色范圍內(nèi)而是擴大到了四色磁性油墨。目前世界上磁性油黑的年消耗量已達數(shù)千噸之多主要用

13、于支票上的符號與字母印刷印刷方法一般為平印與凸印還有就是用于印刷信貨卡片上的磁帶條。另一類與MICR技術(shù)情況基本相似的是光學(xué)字母識別法(OpticalCharacterRecognitionOCR)。這種技術(shù)大約在1952年發(fā)明設(shè)備簡稱為閱讀器亦稱光學(xué)掃描器是一種利用光學(xué)原理來辨認字母符號的設(shè)備其輸出系統(tǒng)可以產(chǎn)生磁性或直接輸入計算機作數(shù)據(jù)處理。用于這種設(shè)備上的油墨叫OCR油墨(也叫光學(xué)識讀油墨)。一般有兩種類型非可讀型和可讀型后者主要指黑色油墨類前者則是指各種彩色油墨。OCR油墨可以按照一般類型的油墨來設(shè)計例如平印、凸印、凹印和絲印等。非可讀型油墨中的顏料含量一般在1%-5%之間有的則可用到2

14、0%左右。目前在文件分類方面MICR已很快被OCR替代這是因為OCR信息輸入計算機中的速度比較快。而MICR則主要應(yīng)用于印刷防偽和信息記錄等方面。用于磁性印刷的承印物基材有高分子材料和紙張兩大類。高分子材料主要用聚酯、硬質(zhì)PVC和尼龍等而紙張則多選一些上等紙印刷后進行涂布或覆膜加工這樣既有好的印刷適應(yīng)性又能提高紙張的耐磨等機械性能。磁性油墨的基本結(jié)構(gòu)磁性油墨基本構(gòu)成與一般油墨相同即由顏料、連接料、填充料和輔料組成。顏料磁性油墨所用的顏料不是普通色料而是強磁性材料經(jīng)過磁場處理后具有保留磁性的能力。磁性油墨中的主要成分是磁性顏料最好的磁性顏料為氧化鐵黑(Fe3O4)和氧化鐵棕(Fe2O3)。這些顏

15、料大多為小于1m的針狀結(jié)晶這樣的顆粒大小和形狀使它們極易在磁場中均勻排列從而得到比較高的殘留磁性。用于磁性油墨顏料的強磁性材料主要有鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)等磁性元素含有Fe-Mo和Fe-W強磁性元素的合金以及具有Mn-Al和Mn-Bi等NiAs型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的合金等。大多磁性油墨顏料是鐵素體。所謂鐵素體是指一般用XO-Fe2O3表示的無機化合物其中X為二價的金屬離子根據(jù)X的種類不同有錳-鐵素體、鐵-鐵素體、銅-鐵素體等。氧化鐵黑的組成中一般氧化亞鐵含量約在18%-26%之間氧化鐵含量在74%-82%。合成氧化鐵黑具有優(yōu)良的耐滲性、耐化學(xué)性(酸、鹼)、耐光性幾乎是無毒性的分散性在好至優(yōu)之

16、間。耐熱性能較佳只有超過177左右時氧化鐵黑才會氧化成氧化鐵紅。氧化鐵黑的顆粒一致性比較好沖淡后其色相帶有干凈的藍灰色。氧化鐵黑一般是?性反應(yīng)它們的顆粒形狀一般是立方形或圓球形。連接料油墨的流動性、粘性、干性、印刷適性都主要取決于連接料。連結(jié)料是油墨中流體組成的部分。而磁性油墨的連結(jié)料同樣是油墨質(zhì)量好壞的基礎(chǔ)。磁性油墨的連結(jié)料與一般油墨的連結(jié)料相類似可以選用植物油、動物油、礦物油但更多地選用合成樹脂作為磁性油墨的連結(jié)料。植物油的基本化學(xué)組成是脂肪酸的甘油酯混合物或稱三甘油酯。所有的油脂都可看作各種脂肪酸與甘油反應(yīng)生成的產(chǎn)物。如果將油脂薄薄地鋪于玻璃上一定時間后這薄層油膜會由于吸收空氣中的氧而逐

17、漸變稠、有彈性最后形成固態(tài)。這就是油脂的干燥過程。這個過程越短油的干性就越好。油脂的干性好壞主要取決于油脂結(jié)構(gòu)中的不飽和雙鍵數(shù)與位置情況?？捎玫庵祦頊y定油脂的不飽和程度。一般來說碘值在140-200之間為干性油在100-140之間為半干性油低于100的為不干性油?？梢钥闯霾伙柡碗p鍵越多則干性越好。也就說不飽和脂肪酸越多則干性越好。合成樹脂在油墨工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛所以各種類型的樹脂型連結(jié)料就成了目前主要的研究內(nèi)容。樹脂的特性決定了連結(jié)料的特性。純亞麻油制的植物油型連結(jié)料其主要缺點是相對分子質(zhì)量小所以制成的油墨在膠印印刷中容易引起乳化從而帶來一系列的弊病使印刷不能順利進行印刷效果不好。而樹脂型

18、連結(jié)料幾乎完全克服了這方面的缺陷從而大大提高了印刷的質(zhì)量。醇酸樹脂應(yīng)用在漿狀油墨中時可以考慮用一種樹脂增塑劑由于它的粘附性和柔韌性較好故也可調(diào)節(jié)油墨的干性及固?時間。在油型油墨中使用醇酸樹脂時一般應(yīng)考慮到它與顏料的反應(yīng)性、與硬樹脂的反應(yīng)性以及它的成膜性能。異苯二甲酸醇酸樹脂的潤濕性則更為顯著。以醇酸樹脂與硬樹脂制造的連結(jié)料配制油墨時對選用的顏料應(yīng)加注意如果顏料過度吸收低分子量的連結(jié)料時就要注意連結(jié)料中硬樹脂與醇酸樹脂的平衡情況。一般漿狀油墨大多采用長油(65%)醇酸樹脂。油性長油一般溶解性也比較好因此它在絲網(wǎng)(網(wǎng)孔)版油墨中也廣有應(yīng)用。這類樹脂用在印鐵油墨中時具有良好的顏色保留性亮光好粘附性優(yōu)良。為了達到快干、亮光磁性油墨中樹脂含量要高固速度要快以便更多的連接料留在表面并要求連接料有較好的抗水性及顏料的潤滑性。填充料在磁性油墨中同樣可減少顏料用量降低成本又可調(diào)節(jié)油墨的性質(zhì)如稀稠、流動性等也提高了配方設(shè)計的靈活性還有磁性油墨中的附加料可以是顏料的附加部分連結(jié)料的附加部分也