磁性纳米颗粒的合成及生物应用

1、磁性纳米颗粒的合成及生物应用L. Harivardhan Reddy, Jose L. Arias, Julien Nicolas, and Patrick Couvreur*,目录1。目录2。设计磁性胶体2.1。合成策略2.1.1。电子束光刻技术2.1.2。气相沉积2.1.3。索尔凝胶方法2.1.4。氧化法2.1.5 化学共沉淀2.1.6。水热方法2.1.7。流动注射方法2.1.8。电化学方法2.1.9。气溶胶/气相方法2.1.10。声化学的分解方法2.1.11。超临界流体法2.1.12。综合使用Nanoreactors2.1.13。微生物方法2.1.14。合成Metal-Doped氧化铁纳

2、米粒子2.2。稳定的程序2.2.1。使用稳定表面涂层材料2.2.2。封装成聚合物壳2.2.3。封装成脂质体1。介绍近年来,相当大的努力一直在发展的磁性纳米颗粒(基于),他们的行为的理解,提高其适用性在许多不同的领域。1、2精确控制的合成条件和表面功能化和基于是至关重要的,因为它支配他们的物理化学性质,胶体稳定性、生物行为/命运。用于制药和生物医学、磁平台应具有非常小的尺寸和尺寸分布窄和高磁化强度值。此外,这些纳米颗粒(NPs)必须结合高磁化率的最佳磁富集和损失磁场磁化后切除。最后,他们需要最佳的表面涂层,以确保宽容和生物相容性,以及在生物目标站点特定的本地化。基于拥有适当的物理化学和定制的表面

3、性质都进行了广泛的调查为各种应用,如药物输送、高热,磁共振成像(MRI)、组织工程和维修,若,生化分离和生物分析法。在疾病治疗领域,“开展”的发展,同时促进药物递送和成像,代表MNP技术的一个重要突破。3目前,各种临床试验正在进行中,调查不同的磁性纳米药物的潜力和生物医学应用本文将全面描述和基于的合成、物理化学特性,及其生物制药的表演,包括药物动力学、生物分布和毒性。特别强调将他们的应用程序在治疗,诊断,组织工程,和其他生物医学的应用,如传感与分离细胞,细菌和病毒,生化药剂和重金属的分析。2。设计磁性胶体 2.1。合成策略铁氧体胶体,磁铁矿(Fe3O4)和磁赤铁矿(-Fe2O3),是主要的代表

4、和基于,迄今已收到相当大的注意力在医学和制药等领域,因为他们的生物相容性和生物降解性。1、5这些铁氧体胶体具有尖晶石晶体结构与氧离子形成一个拥挤不堪的立方晶格和铁离子位于间隙。Fe3O4来自反铁磁耦合的磁化(超交换虽然氧)之间Fe3 +离子在八面体和四面体间隙,离开价离子的磁矩(八面体位置)负责单位的磁化单元。主要的合成途径提出了制备Fe3O4 NPs报道如下:（1） 物理方法,如气相沉积和电子束曝光。然而,这些方法受无法控制粒子尺寸下降到纳米尺度（2） 湿化学制备方法,如溶胶凝胶合成、氧化法、化学共沉淀、热液反应,流动注射合成、电化学方法、气溶胶/蒸汽方法,化学分解反应,超临界流体的方法,并

5、使用纳米反应器合成（3） 微生物方法通常是简单的,多才多艺,和明显的控制有效成分和粒子几何产生的材料 或者,极大的兴趣最近致力于掺杂金属的发展与增强磁性铁氧化物。因此,人们提出了各种方法对这些金属尖晶石铁酸盐的合成(MFe2O4,其中M可以是锰、铁、锌、镍、等)2.1.1。电子束光刻技术2.1.2。气相沉积2.1.3。索尔凝胶方法2.1.4。氧化法2.1.5 化学共沉淀2.1.6。水热方法2.1.7。流动注射方法2.1.8。电化学方法2.1.9。气溶胶/气相方法2.1.10。声化学的分解方法2.1.11。超临界流体法2.1.12。综合使用Nanoreactors2.1.13。微生物方法2.1.

6、14。合成Metal-Doped氧化铁纳米粒子2.2。稳定的程序精细划分铁非常活性氧化剂和水或潮湿的空气的存在。因此,保护和基于至关重要获得物理和化学稳定胶体系统。这种保护可以通过表面涂层的和基于(图7)。此外,表面涂层可以提高胶体粒子的物理稳定性,增加water-dispersibility,并为进一步提供功能化和生物活性分子或靶向配体结合,并获得多功能NPs。这样的稳定可以通过以下:（1） 通过表面涂层使用适当的聚合物稳定剂/表面活性剂,如。、右旋糖酐、carboxydextran聚(乙烯醇)(PVA),或聚(乙二醇)(挂钩);或由几个原子层沉积的无机金属(如。、黄金)、非金属(如。(如氧

7、化、石墨)或表面。二氧化硅)。（2） 通过生成聚合物壳后避免集群增长成核并保持对引力粒子域分开。在这种情况下,复合粒子准备从单体或预成型的聚合物可以由聚合物基质(即。nanosphere)或水库系统的水或一种油性核心周围是聚合物壳有关纳米胶囊(即)。（3） 由类脂涂料(如的形成。脂质体/脂质NPs)磁芯2.2.1。使用稳定表面涂层材料表面,从而防止体外和体内聚合。表面涂层的类型和它的几何排列在磁芯不仅确定的总规模胶体也扮演重要角色关于其生物命运表面稳定通常是通过使用nonpolymeric稳定器基于有机单体轴承官能团羧酸盐、磷酸盐、或硫酸盐,如。,OA alkanesulphonic和alka

8、nephosphonic酸乳糖醛酸月桂酸dodecylphosphonic hexadecylphosphonic酸,或为原料,或聚合物稳定剂,即,右旋糖酐、挂钩、PVA,86海藻酸,壳聚糖,支链淀粉。或聚(乙烯亚胺)(PEI)(图8)。当聚合物材料用作稳定剂,聚合物的吸附到基于授予保护空间斥力和作为一个屏障对粒子之间的相互作用,从而维持5粒子分开从一个另一个。这样的保护是最有效的在使用两亲性共聚物轴承亲水段倾向于水介质中传播和疏水段锚定到粒子表面。如果聚合物链是带电的,可能发生额外的静电斥力,从而赋予结合离子和空间(electrosteric)稳定的效果。换句话说,聚合物涂层表面可以定制属性

9、(化学基于功能和表面电荷),构成一个优秀的屏障防止聚合,导致稳定的磁nanoformulations物理、化学的变化。关于血管(静脉(注射)或管理基于动脉内的),重力沉降的血流可以被认为是微不足道的,多亏了这些聚合物涂料一般磁核的平均密度降低。然而,之前考虑生物医学聚合物的应用,一些关键特征必须考虑:长度和分子量、化学结构(生物降解性和疏水/亲水字符),构象,程度的表面覆盖,和附件机制,粒子表面(共价、疏水或离子绑定)。聚合物的构象在NP表面有助于有效水动力大小和防污性能,减少的重要因素的快速血液间隙NPs输液管理后,由于免疫识别磁性油墨印刷及防伪技术 磁性油墨印刷简称磁性印刷是一种特种油墨的

10、防伪印刷技术在油墨中填加磁性物质进行印刷的方式。磁性印刷属于磁性记录技术的范畴通过磁性印刷完成磁性记录体的制作使之具有所要求的特殊性能。磁性印刷品是用记录技术和印刷技术结合而产生的独特媒体其特点是数据能在磁性卡片上写入、读出视觉上能看到文字、图案和照片。磁性印刷基本技术磁性印刷品是在纸张或塑料片基上敷以磁层在其他部分印上文字或图案以及用以显示与使用状况相应的视觉信息的印字层经模压加工而成。磁性印刷品的片基要求有适度的韧性厚度均匀表面平滑温湿度变化时不易发生伸缩或卷曲耐水和耐蚀性良好印刷和加工适性好价格低廉。常用的材料有胶版纸、涂料纸、浸树脂纸和聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸酯(PET)等塑料

11、片基及其复合材料厚度在150-800微米之间。对磁粉的要求是磁饱和度大、颗粒大小均匀、分散性好、稳定、时效长。常用的有磁赤铁矿、附着钻铁的一氧化铁。以磁粉颜料、连结料、干燥剂、抗氧剂、湿润剂以及其他附加剂等组成磁性油墨。在黑墨中加入炭黑在色墨中加入其他彩色颜料以得到色彩。磁性印刷采用丝印或胶印方法获得带状或图形磁层它能在卡片必要的地方形成磁带从而降低了成本而磁性油墨中磁性颜料的含量、颜色的磁性和印刷后油墨膜层的厚度等会影响磁性。磁性印刷品在印刷后在两面复膜透明的PVC片用热压机压合按规定尺寸进行模切。磁性印刷为了防止伪造和篡改对安全保密性越来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、技术。如在印刷中使用特殊的制版技术和油墨包括用萤光油墨、热敏变色油墨、吸收红外线油墨进行印刷还用地纹印刷、微缩印刷、彩虹全息等措施以防止伪造。磁性油墨的发展20世纪60年代前后随着电子技术的发展磁性油墨首先在银行和邮政的业务中使用。当时使用磁性油墨并非用于防伪而是主要用于银行对票据的自动处理、邮政对信件的自动分拣所以磁性油墨只用于印刷字母和数字以能对印件进行自动识别和处理即磁性油墨字母识别法(MagneticInkCharacterRecognitionMICR)。80年代开始磁性油墨不再限制在黑色或有限的几种颜色范围内而是扩大到了四色磁性油墨。目前世界上磁性油黑的年消耗量已达数千吨之多主要用

13、于支票上的符号与字母印刷印刷方法一般为平印与凸印还有就是用于印刷信货卡片上的磁带条。另一类与MICR技术情况基本相似的是光学字母识别法(OpticalCharacterRecognitionOCR)。这种技术大约在1952年发明设备简称为阅读器亦称光学扫描器是一种利用光学原理来辨认字母符号的设备其输出系统可以产生磁性或直接输入计算机作数据处理。用于这种设备上的油墨叫OCR油墨(也叫光学识读油墨)。一般有两种类型非可读型和可读型后者主要指黑色油墨类前者则是指各种彩色油墨。OCR油墨可以按照一般类型的油墨来设计例如平印、凸印、凹印和丝印等。非可读型油墨中的颜料含量一般在1%-5%之间有的则可用到2

14、0%左右。目前在文件分类方面MICR已很快被OCR替代这是因为OCR信息输入计算机中的速度比较快。而MICR则主要应用于印刷防伪和信息记录等方面。用于磁性印刷的承印物基材有高分子材料和纸张两大类。高分子材料主要用聚酯、硬质PVC和尼龙等而纸张则多选一些上等纸印刷后进行涂布或覆膜加工这样既有好的印刷适应性又能提高纸张的耐磨等机械性能。磁性油墨的基本结构磁性油墨基本构成与一般油墨相同即由颜料、连接料、填充料和辅料组成。颜料磁性油墨所用的颜料不是普通色料而是强磁性材料经过磁场处理后具有保留磁性的能力。磁性油墨中的主要成分是磁性颜料最好的磁性颜料为氧化铁黑(Fe3O4)和氧化铁棕(Fe2O3)。这些颜

15、料大多为小于1m的针状结晶这样的颗粒大小和形状使它们极易在磁场中均匀排列从而得到比较高的残留磁性。用于磁性油墨颜料的强磁性材料主要有铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)等磁性元素含有Fe-Mo和Fe-W强磁性元素的合金以及具有Mn-Al和Mn-Bi等NiAs型结晶结构的合金等。大多磁性油墨颜料是铁素体。所谓铁素体是指一般用XO-Fe2O3表示的无机化合物其中X为二价的金属离子根据X的种类不同有锰-铁素体、铁-铁素体、铜-铁素体等。氧化铁黑的组成中一般氧化亚铁含量约在18%-26%之间氧化铁含量在74%-82%。合成氧化铁黑具有优良的耐渗性、耐化学性(酸、硷)、耐光性几乎是无毒性的分散性在好至优之

16、间。耐热性能较佳只有超过177左右时氧化铁黑才会氧化成氧化铁红。氧化铁黑的颗粒一致性比较好冲淡后其色相带有干净的蓝灰色。氧化铁黑一般是?性反应它们的颗粒形状一般是立方形或圆球形。连接料油墨的流动性、粘性、干性、印刷适性都主要取决于连接料。连结料是油墨中流体组成的部分。而磁性油墨的连结料同样是油墨质量好坏的基础。磁性油墨的连结料与一般油墨的连结料相类似可以选用植物油、动物油、矿物油但更多地选用合成树脂作为磁性油墨的连结料。植物油的基本化学组成是脂肪酸的甘油酯混合物或称三甘油酯。所有的油脂都可看作各种脂肪酸与甘油反应生成的产物。如果将油脂薄薄地铺于玻璃上一定时间后这薄层油膜会由于吸收空气中的氧而逐

17、渐变稠、有弹性最后形成固态。这就是油脂的干燥过程。这个过程越短油的干性就越好。油脂的干性好坏主要取决于油脂结构中的不饱和双键数与位置情况。可用碘值来测定油脂的不饱和程度。一般来说碘值在140-200之间为干性油在100-140之间为半干性油低于100的为不干性油。可以看出不饱和双键越多则干性越好。也就说不饱和脂肪酸越多则干性越好。合成树脂在油墨工业中的应用越来越广泛所以各种类型的树脂型连结料就成了目前主要的研究内容。树脂的特性决定了连结料的特性。纯亚麻油制的植物油型连结料其主要缺点是相对分子质量小所以制成的油墨在胶印印刷中容易引起乳化从而带来一系列的弊病使印刷不能顺利进行印刷效果不好。而树脂型

18、连结料几乎完全克服了这方面的缺陷从而大大提高了印刷的质量。醇酸树脂应用在浆状油墨中时可以考虑用一种树脂增塑剂由于它的粘附性和柔韧性较好故也可调节油墨的干性及固?时间。在油型油墨中使用醇酸树脂时一般应考虑到它与颜料的反应性、与硬树脂的反应性以及它的成膜性能。异苯二甲酸醇酸树脂的润湿性则更为显着。以醇酸树脂与硬树脂制造的连结料配制油墨时对选用的颜料应加注意如果颜料过度吸收低分子量的连结料时就要注意连结料中硬树脂与醇酸树脂的平衡情况。一般浆状油墨大多采用长油(65%)醇酸树脂。油性长油一般溶解性也比较好因此它在丝网(网孔)版油墨中也广有应用。这类树脂用在印铁油墨中时具有良好的颜色保留性亮光好粘附性优良。为了达到快干、亮光磁性油墨中树脂含量要高固速度要快以便更多的连接料留在表面并要求连接料有较好的抗水性及颜料的润滑性。填充料在磁性油墨中同样可减少颜料用量降低成本又可调节油墨的性质如稀稠、流动性等也提高了配方设计的灵活性还有磁性油墨中的附加料可以是颜料的附加部分连结料的附加部分也