磁性材料在生物医学领域的应用

磁性材料在生物医学领域的应用

赵宾2016.01.02Catalogue1.磁性材料的简要介绍2.磁性材料的生物应用

3.基于磁控制技术三维细胞培养1.磁性材料的简要介绍通常认为，磁性材料是指由过渡元素铁、钴、镍及其合金等能够产生磁性的物质。实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。指南针的鼻祖-司南根据物质的磁化率，可以把物质的磁性分为五类：1、抗磁性，χ为甚小的负数（大约在-10-6量级），在磁场中受微弱的斥力，如金、银。2、顺磁性，χ为正数（大约在10-3~10-6量级）在磁场中受微弱的引力，如铂、钯、奥氏体不锈钢。3、铁磁性，χ为很大的正数，在较弱磁场作用下可以产生很大的磁化强度，如铁、钴、镍。4、亚铁磁性，χ处于铁磁体与顺磁体之间，即通常所说的磁铁矿、铁氧体等。

5、反铁磁性，χ为小正数，高于某一温度时其行为与顺磁体相似，低于某一温度磁化率与磁场的取向有关。磁化率：物体在磁场中被磁化的程度与磁化场的强度有关，其关系为M=χH，χ即为磁化率磁化来源：铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域—磁畴。铁磁材料内部的磁畴排列杂乱无章，磁性相互抵消，因此对外不显示磁性。铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构—磁畴。磁畴是怎么形成的？磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺性重新排列，在内部形成一个很强的附加磁场。（a）无外磁场情况（b）有外磁场情况磁性表征：1、磁化曲线2、磁滞回线磁化曲线是表示物质中的磁场强度H与所感应的磁感应强度B或磁化强度M之间的关系。

磁滞回线表示磁场强度周期性变化时，磁性物质磁滞现象的闭合磁化曲线。它表明了强磁性物质反复磁化过程中磁化强度M或磁感应强度B与磁场强度H之间的关系。H表示磁场强度M表示磁化强度磁性表征：2、磁滞回线矫顽力剩余磁化强度WangX,YuJ.ApplicationofFe3O4/grapheneoxidecompositefortheseparationofCs(I)andSr(II)fromaqueoussolution[J].JournalofRadioanalytical&NuclearChemistry,2015,303(1):807-813.JiaoT,LiuY,WuY,etal.FacileandScalablePreparationofGrapheneOxide-BasedMagneticHybridsforFastandHighlyEfficientRemovalofOrganicDyes[J].ScientificReports,2015,5.宏观图片2、磁性材料在生物医学领域中应用1在核磁共振成像（MRI）中的应用在靶向给药中的应用在靶向热疗中的应用23靶向给药

生物导向-将特定的抗体结合在磁性载体表面，通过与肿瘤细胞表面的抗原性识别器发生特异性结合，使药物准确运送到肿瘤细胞中。

物理导向———利用外加磁场，使磁性药物载体在病变部位富集，减小正常组织的药物暴露，降低毒副作用，提高药物的疗效。靶向给药

磁性颗粒外部包裹着特有病毒的抗体，注射入人体进行检测，一旦人体内存在这种病毒，他们将与磁性颗粒上的抗体结合形成大的颗粒团，然后通过磁共振成像就能发现病毒的位置。在核磁共振成像（MRI）中的应用在核磁共振成像（MRI）中的应用

利用磁场导向作用,将磁性纳米粒子经由肿瘤的供血动脉引到肿瘤部位，然后在肿瘤周围施加交变磁场，磁性纳米粒子受到交变磁场的作用而产热，从而起到热疗的作用。在靶向热疗中的应用细胞培养本身就是细胞的克隆。通过细胞培养得到大量的细胞或其代谢产物。因为生物产品都是从细胞得来，所以说细胞培养技术是生物技术中最核心、最基础的技术。20082072006200520042003基于磁控制技术三维细胞培养三维细胞培养技术(three-dimensionalcellculture,TDCC)是指将具有三维结构不同材料的载体与各种不同种类的细胞在体外共同培养,使细胞能够在载体的三维立体空间结构中迁移、生长,构成三维的细胞-载体复合物基于磁控制技术三维细胞培养复苏传代冻存磁体吞噬氧化铁的恶性胶质瘤细胞恶性胶质瘤，源自神经上皮的肿瘤统称为胶质瘤（胶质细胞瘤）氧化铁水凝胶搭载氨基酸、氧化铁、Au的噬菌体实验过程实验过程磁控制15min后，细胞形态磁控制48h后，细胞形态通过观察荧光标记的恶性胶质瘤细胞在水凝胶中不同时间段的生长情况，检测水凝胶的生物相容性图一：悬浮状态下恶性胶质瘤细胞48h的生长情况图二：不同磁控制时间下，二维、三维细胞培养状态下，细胞数量为证明磁场有效地操控细胞培养时形状，使用不同大小的磁体，以此提供不同的磁场大小，观察细胞的生长情况。图1：半径为