超顺磁性纳米颗粒治疗肿瘤的应用进展_李慧
中国组织工程研究与临床康复 第13卷 第51期 2009–12–17出版
Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research December 17, 2009 Vol.13, No.51
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH
101331
Yangzhou University
Medical College, Yangzhou 225001, Jiangsu Province,
China; 2
Department of Hematology, Northern Jiangsu People's Hospital, Yangzhou 225001, Jiangsu Province, China
Li Hui ★, Studying for master’s degree, Yangzhou University Medical College, Yangzhou 225001, Jiangsu Province, China
lh99beautiful@ https://www.360docs.net/doc/4416518572.html,
Correspondence to: Wang Da-xin, Doctor, Professor, Chief physician, Yangzhou University Medical College, Yangzhou 225001, Jiangsu Province, China
daxinw2002@ https://www.360docs.net/doc/4416518572.html,
Received: 2009-10-11 Accepted: 2009-11-21
超顺磁性纳米颗粒治疗肿瘤的应用进展★
李 慧1，王大新1，顾 健2
Application of superparamagnetic nanoparticles for cancer treatment
Li Hui 1, Wang Da-xin 1, Gu Jian 2
Abstract
BACKGROUND: In recent years, nanoparticles has been rapidly developing in tumor hyperthermia, genophore research, and targeted drug therapy, particularly nanoparticle containing drug delivery systems will become another breach in tumor therapy. OBJECTIVE: To summarize the application and mechanism of superparamagnetic nanoparticles for cancer treatment in the medical field.
METHODS: A computer-based online search was conducted in Medline for English language publications containing the key words of “superparamagnetic, nanoparticles, targeting” from January 2000 to October 2009. Relevant articles were also searched from CNKI with the same key words in Chinese from January 2005 to October 2009.
RESULTS AND CONCLUSION: A total of 123 articles about targeting role of magnetic nanoparticles were included, and there were 24 in Chinese and 108 in English. Articles published earlier, duplicated, and similarly were excluded, and 30 references were finally included. Superparamagnetic nanoparticles characterized by targeting role under external magnetic field, and crystal of ferroso-ferric oxide did not has toxicity to cells. As a gene carrier and drug carrier, superparamagnetic nanoparticles were widely used in medical research and they also provided novel evidences for cancer treatment. By an external magnetic field, how to avoid a comprehensive system of phagocytic endothelial phagocytosis and prevent the course of treatment such as drug-induced thrombus is still inadequate.
Li H, Wang DX, Gu J.Application of superparamagnetic nanoparticles for cancer treatment. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2009;13(51):10133-10136. [https://www.360docs.net/doc/4416518572.html, https://www.360docs.net/doc/4416518572.html,]
摘要
背景：近年来纳米颗粒在肿瘤热疗、基因载体研究、靶向药物治疗等方面得到迅速发展，特别是纳米颗粒载药系统已成为肿瘤治疗的又一突破口。
目的：对超顺磁性纳米颗粒在医学领域特别是肿瘤治疗方面的应用及其机制进行概述。
方法：应用计算机检索Medline 数据库(2000-01/2009-10)，以“Superparamagnetic ，Nanoparticles ，Targeting ”为检索词；应用计算机检索中国期刊网(CNKI)(2005-01/2009-10)，万方数据库(2005-01/2009-10)，以“磁性、纳米颗粒、靶向”为检索词。
结果与结论：共收集123篇关于磁性纳米颗粒靶向作用的文献，中文24篇，英文108篇。排除发表时间较早、重复及类似研究，纳入30篇符合标准的文献。超顺磁性纳米颗粒是指具有磁响应性的纳米级粒子，其直径一般小于30 nm ，当磁性纳米粒子的粒径小于其超顺磁性临界尺寸时，粒子进入超磁性状态。超顺磁性纳米颗粒除了通过血液循环进入炎症肿瘤相关部位外，还可被广泛存在于肝脏、脾脏、淋巴结的网状细胞-内皮吞噬系统(reticulo -eneothelial system ，RES)的细胞所识别。研究发现经过表面修饰的载药纳米颗粒，可跨血脑屏障转运，其机制可能与血脑屏障的连接结构——毛细血管，其内皮细胞通过低密度脂蛋白介导的胞吞作用有关。目前合成生物相容性磁性纳米颗粒的方法有很多，但最常用的合成生物相容Fe 3O 4磁性纳米颗粒的方法为共沉淀法。超顺磁性纳米颗粒在外加磁场的作用下可具有靶向性，且四氧化三铁的晶体对细胞无毒，其作为基因载体及药物载体被广泛应用于医学研究，为肿瘤的治疗开辟了新的途径。但对于外置磁场，如何全面的避开内皮吞噬系统的吞噬，防止治疗过程中药物性血栓的生成等尚存在不足。 关键词：超顺磁性；四氧化三铁；纳米颗粒；靶向；生物材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2009.51.028
李慧，王大新，顾健.超顺磁性纳米颗粒治疗肿瘤的应用进展[J].中国组织工程研究与临床康复，2009，13(51):10133-10136. [https://www.360docs.net/doc/4416518572.html, https://www.360docs.net/doc/4416518572.html,]
综 述
李慧，等. 超顺磁性纳米颗粒治疗肿瘤的应用进展
P .O. Box 1200, Shenyang 110004 https://www.360docs.net/doc/4416518572.html,
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1
扬州大学医学院，江苏省扬州市225001；2苏北人民医院血液科，江苏省扬州市225001
李 慧★，女，1985年生，江苏省连云港市人，汉族，扬州大学医学院在读硕士，主要从事纳米及血液方面的研究。 lh99beautiful@ https://www.360docs.net/doc/4416518572.html,
通讯作者：王大新，博士后，教授，主任医师，扬州大学医学院，江苏省扬州市 225001 daxinw2002@ https://www.360docs.net/doc/4416518572.html,
中图分类号:R318 文献标识码:A
文章编号:1673-8225 (2009)51-10133-04
收稿日期：2009-10-11 修回日期：2009-11-21(20091111009/ZS?H)
0 引言
以超顺磁性纳米颗粒作为基因载体及药物
载体的研究近年来在医学领域不断发展，由于磁性四氧化三铁生物纳米颗粒的制作简单，直径可达10 nm 以下，具有比表面积效应和磁效应，在外加磁场的作用下可具有靶向性，且四氧化三铁的晶体对细胞无毒。在磁性四氧化三铁的晶体表面可很容易地包埋生物高分子，如多聚糖[1]、蛋白质等形成核壳式结构[2-3]，
可使其达到生物相容性，使其越来越多的应用于医学领域研究。
1 资料和方法
1.1 资料来源 由第一作者应用计算机进行检索。以“Superparamagnetic ，Nanoparticles ，T argeting ”为检索词，检索Medline 数据库(2000-01/2009-10)。以“磁性、纳米颗粒、靶向”为检索词，检索CNKI 数据库(2005-01/ 2009-10)、万方数据库(2005-01/2009-10)。文献检索语种限制为英文和中文。 1.2 资料筛选及评价
纳入标准：①文献内容与本文主题密切相关。
②论点论据可靠的原创性文章。③观点明确、分析全面的文献。
排除标准：重复性研究。
资料提取与文献质量评价：对每一篇符合纳入
标准的文献进行以下几个方面的评价：①随机分配方法。②是否采用盲法评估。③动物脱落或患者失访情况。文献筛选和质量评价由2位作者独立进行并交叉核对，如有分歧，则通过讨论或由第二作者协助解决。
计算机初检得到123篇文献，中文24篇，英文108篇。阅读标题和摘要进行初筛，排除因研究目的与此文无关的42篇，内容重复性的研究3篇，相关性不太大的研究58篇，共保留30篇文献进行综述。
2 文献证据综合提炼
2.1 超顺磁性纳米颗粒的概念 超顺磁性纳米颗粒是指具有磁响应性的纳米级粒子，其直径一般小于30 nm ，当磁性纳米粒子的粒径小于其超顺磁性临界尺寸时，粒子进入超磁性状态。它比细胞、病毒、蛋白质、基因等的大小更小或者接近，这样有利于其之间发生相互作用，生
物分子在其表面的覆盖也容易达到。在外加磁场的作用下颗粒被吸引到特定组织，并在组织中聚集而发生效应，当治疗结束后撤去磁场时，
颗粒将会被机体所清除。
经研究显示，超顺磁性纳米颗粒在液体中处于悬浮状态，在外加梯度磁场的作用下可被磁化而发生定向移动，在指定部位可以从介质中分离出来；而当外加磁场去除后，其又可以重新处于悬浮状态，从而具有良好的分散性和可操作性。而磁性分离技术本身成本低，可操作性强，使其近年来在临床诊断[4-5]、药物靶向治疗、细胞分离和分类及蛋白质分离纯化和核酸的提取等领域被广泛的[6-11]。
2.2 超顺磁性纳米颗粒的体内循环 超顺磁性纳米颗粒除了通过血液循环进入炎症肿瘤相关部位外，还可被广泛存在于肝脏、脾脏、淋巴结的网状细胞-内皮吞噬系统(reticulo- eneothelial system ，RES)的细胞所识别，这种识别依赖于血液中补体及抗体的调理作用，从而使被调理化的颗粒通过肝脾和血液中的巨噬细胞清除[12]。但这种被清除的颗粒表面应具有疏水层，可被血浆蛋白包绕。所以如果颗粒的表面是亲水层则不会被血浆蛋白包绕，从而减慢其被清除的速度[13]，避开RES 的吞噬，延长颗粒在血液中停留的时间[14]，使其大部分可以到达指定的部位。所以现在通过在四氧化三铁磁性颗粒的表面覆盖如聚乙二醇、聚氧化乙烯等亲水表层，来减少RES 的吞噬被广泛应用[15]。且研究发现经过表面修饰的载药纳米颗粒，可跨血脑屏障转运，其机制可能与血脑屏障的连接结构——毛细血管，其内皮细胞通过低密度脂蛋白介导的胞吞作用有关[16]。
2.3 超顺磁性纳米颗粒的生物合成 目前合成生物相容性磁性纳米颗粒的方法有很多，但最常用的合成生物相容Fe 3O 4磁性纳米颗粒的方法为共沉淀法，即将铁的盐溶液按1∶2(或2∶3)的物质的量比混合后，沉淀剂为过量的氨水或NaOH 等溶液，在恒定的温度和pH 下，高速搅拌后离心得到沉淀，再将沉淀洗涤、干燥，即配制成超顺Fe 3O 4磁性纳米颗粒。共沉淀法制备生物相容的纳米颗粒，方法简单，操作方便。但须严格控制影响微粒粒径和磁学性能的因素，提高微粒的磁性及稳定性[17]。
2.4 超顺磁性纳米颗粒的靶向治疗 超顺磁性纳米颗粒在体内的靶向性分为主动靶向和被动靶向两种：被动靶向性如前所述，指磁性纳米颗粒可被肝脏、脾脏及淋巴结的内皮吞噬系统的
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细胞所吞噬。主动靶向性即为人工对纳米粒表面进行修饰，通过靶向性分子与细胞表面特异性受体结合，或通过外加磁场的作用，实现主动靶向治疗。目前研究最多的为主动靶向治疗，使超顺磁性纳米颗粒在肿瘤热疗，基因载体研究，靶向药物治疗等方面得到了前所未有的发展。
肿瘤热疗：肿瘤磁靶向热疗(magnetic
targetinghyperthermia, MTH)[18]是近年来发展的一种肿瘤热疗的新方法，即适形定位于肿瘤组织中的磁性介质在外部交变磁场感应下升温，使局部快速形成靶向高温区，使肿瘤细胞受到毁灭性打击。超顺磁性纳米颗粒产热机制是在交变磁场作用下，能通过磁滞损耗吸收大量磁场能量产生热量[19]，将靶部位加热到有效治疗温度，利用这一点从而达到杀灭癌细胞的特定温度来治疗恶性肿瘤。且纳米颗粒的靶向性，使其可只在肿瘤组织中产生热量，使治疗局限于肿瘤病灶，而不损伤正常组织。国内外已有不少关于肿瘤热疗方面的研究进展，取得了一定的成果，但如何选择合适的交变磁场的问题等，仍有待于解决。
基因载体治疗：传统基因载体系统分为非病毒载体和
病毒载体系统。非病毒载体制备简单，装载外源性DNA 大小可改变，导致宿主自身肿瘤的可能性不大，但其颗粒的大小容易影响转染效率，不容易控制；病毒载体转染效率高，但作为病毒载体的病毒制备困难，装载外源性DNA 大小有限制，能诱导宿主免疫反应，且有潜在的致瘤性。随着纳米技术以磁性纳米颗粒作为基因载体研究的不断发展，其在肿瘤基因治疗中的应用得到了广泛的认可。与传统的基因载体系统相比较，超顺磁性纳米颗粒特殊的纳米效应、超顺磁性、准确的靶向性和在外加磁场推动下对细胞膜及血脑屏障强大的穿透性使肿瘤的基因治疗逐步成为可能[20-21]。超顺磁性纳米颗粒作为转染载体为基因治疗疾病开辟了新途径，也提高了基因治疗效率，有着广泛的前景。
靶向药物治疗：超顺磁性纳米颗粒靶向药物治疗，
即选择低毒副作用和生物相容性好的磁性纳米颗粒载体[22]，携带抗癌药物，在外加磁场的作用下主动到达靶部位而杀伤肿瘤细胞的治疗方法[23-24]。
超顺磁性纳米颗粒具有生物相容性好、可生物降解、无毒性
[25]
、颗粒小磁性高、稳定性高、靶向性强、
药物包含率高及释放速度可控制、体内可以逃脱巨噬细胞的吞噬等特点，故其已成为靶向药物治疗最常用的载药载体[26-27]。
超顺磁性纳米颗粒药物靶向治疗肿瘤原理：①适当的抗肿瘤药物由纳米颗粒包裹后，在体外磁场的作用下，均匀稳定的将药物带到肿瘤病灶部位将其释放，而在体内其他正常部位不聚集，当外加磁场去除后，其便失去磁性而被降解，最终排出体外，从而达到抗肿瘤的
作用。②磁性纳米颗粒在外加磁场作用下被磁化，相互聚集，可形成较大功能直径的聚体，有效的阻断其所在的癌肿部位的血管，起到血管栓塞的作用，从而阻断癌肿的血液供应。③国内外研究资料表明，外加磁场可抑制癌肿组织的生长，其机制有影响癌肿组织的生物磁场；扰乱其供血、供氧；使癌肿细胞膜功能发生改变，影响其物质交换；抑制癌肿细胞的增殖；提高机体的免疫功能等[19]。
已有多种实验结果证实，超顺磁性纳米颗粒靶向载药治疗肿瘤有着有效的作用。信涛等[28]将碘化油阿霉素白蛋白磁性纳米颗粒悬液经动脉输入到肝肿瘤组织中，利用其疏水性阻断肿瘤的血液供应，并利用磁流体的磁响应性和靶向可控性的特点，通过外置磁场使碘化油磁性纳米颗粒选择性的停滞在肝肿瘤的肝窦、组织间隙和细小血管内，延长在局部的滞留时间，是癌细胞失去血液供应而缺血坏死；而在非磁性区，纳米颗粒的粒径比毛细血管或肝窦的直径小，呈单个分散存在，一般不会造成栓塞，对非磁性区组织血流影响不大；并且其通过阿霉素白蛋白磁性纳米颗粒可以延缓阿霉素的释放，防止阿霉素在运转过程中过早的失活，在肿瘤部位外加磁场能够使阿霉素在肿瘤部位浓集，从而增强对肿瘤组织的杀伤而减少对正常组织的损伤。此研究结果表明，阿霉素磁性纳米颗粒治疗可以有效的抑制试验大鼠的原发性肝癌的生长，具有稳定性强、靶向性高、毒副作用小的特点，为肝癌的临床治疗提供了实验依据。曹国正等[29]以阿霉素为负载抗癌药物，通过氧化还原法制备出阿霉素-羧甲基葡聚糖磁性纳米颗粒，研究观察了其在外加磁场的作用下对膀胱癌BIU-87细胞体外增殖活性和luoshu 膀胱癌移植动物模型及凋亡的影响。结果表明在一定强度的外加磁场的作用下阿霉素-羧甲基葡聚糖磁性纳米颗粒可以抑制BIU-87细胞的增殖，诱导其发生凋亡，及抑制肿瘤的生长，有效的杀伤膀胱肿瘤，且磁场和阿霉素-羧甲基葡聚糖磁性纳米颗粒两者联合的作用更强。吴亚男等[30]研究5溴汉防己甲素及磁性纳米四氧化三铁协同化疗药在恶性血液病荷瘤鼠动物模型体内逆转耐药的作用，结果证明联合运用可明显抑制移植瘤的增殖，促进肿瘤细胞凋亡，具有很强的肿瘤抑制作用。目前超顺磁性纳米颗粒的研究仍是以动物实验为主，还需大量反复的实验以验证其稳定性及有效性，为将来用于临床研究打下基础。
3 结论
近年来超顺磁性磁性纳米颗粒在医学领域发展迅速，无论在其制备、实验室研究等方面均取得了很大进步，它的出现为医学临床对肿瘤的治疗开辟了新的途径。但由于其在此领域的研究时间尚短，属于新兴的研究领域，很多研究还处于实验室或动物实验阶段，在临
李慧，等. 超顺磁性纳米颗粒治疗肿瘤的应用进展
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床上开展还需更多的研究，所以其还有很多发展空间。如外置磁场的研究，设计磁性纳米颗粒的制备与表面改性的新方法，全面的避开内皮吞噬系统的吞噬，防止治疗过程中药物性血栓的生成等。
由此可见磁性纳米颗粒的研究和应用涉及了诸多的学科，所以应将制备、改性和应用发展变为一个完整的纵向体系，共同努力寻求更好的发展。相信不久的将来超顺磁性纳米颗粒将会成为控制和治疗各种肿瘤的有效方法。
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磁性纳米材料的应用
磁性纳米材料的应用 磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料，既具有纳米材料所特有的性质如表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、偶连容量高，又具有良好的磁导向性、超顺磁性类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，可以在恒定磁场下聚集和定位、在交变磁场下吸收电磁波产热。基于这些特性，磁性纳米颗粒广泛应用于分离和检测等方面。 （一）生物分离 生物分离是指利用功能化磁性纳米颗粒的表面配体与受体之间的特异性相互作用（如抗原-抗体和亲和素 -生物素等）来实现对靶向性生物目标的快速分离。 传统的分离技术主要包括沉淀、离心等过程，这些纯化方法的步骤繁杂、费时长、收率低，接触有毒试剂，很难实现自动化操作。磁分离技术基于磁性纳米材料的超顺磁性，在外加磁场下纳米颗粒被磁化，一旦去掉磁场，它们将立即重新分散于溶液中。因此，可以通过外界磁场来控制磁性纳米材料的磁性能，从而达到分离的目的，如细胞分离、蛋白质分离、核酸分离、酶分离等，具有快速、简便的特点，能够高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。此外，由于磁性纳米材料兼有纳米、磁学和类酶催化活性等特性，不仅能实现被检测物的分离与富集，而且能够使检测信号放大，具有重要的应用前景。 通常磁分离技术主要包括以下两个步骤：（ 1）将要研究的生物实体标记于磁性颗粒上；（2）利用磁性液体分离设备将被标记的生物实体分离出来。 ①细胞分离：细胞分离技术的目的是快速获得所需的目标细胞。传统的细胞分离技术主要是根据细胞的大小、形态以及密度差异进行分离，如采用微滤、超滤和超滤离心等方法。这些方法虽然操作简单，但是特异性差，而且纯度不高，制备量偏小，影响细胞活性。但是利用磁性纳米材料可以避免一定的局限性，如在磁性纳米材料表面接上具有生物活性的吸附剂或配体（如抗体、荧光物质和外源凝结素等），利用它们与目标细胞特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类以及对数量和种类的研究。 磁性纳米材料作为不溶性载体，在其表面上接有生物活性的吸附剂或其它配体等活性物，利用它们与目标细胞的特性结合，在外加磁场作用下将细胞分离。 温惠云等的地衣芽孢杆菌实验结果表明，磁性材料 Fe3O4 的引入对地衣芽孢杆菌的生长没有影响；Kuhara等制备了人单克隆抗体anti-hPCLP1,利用 anti-hPCLP1 修饰的磁纳米颗粒从人脐带血中成功分离了成血管细胞，PCLP1 阳性细胞分离纯度达到了 95%。 ②蛋白质分离：利用传统的生物学技术（如溶剂萃取技术）来分离蛋白质程序非常复杂，而磁分离技术是分离蛋白分子便捷而快速的方法。 基于在磁性粒子表面上修饰离子交换基团或亲和配基等可与目标蛋白质产生特异性吸附作用的功能基团 , 使经过表面修饰的磁性粒子在外加磁场的作用下从生物样品中快速选择性地分离目标蛋白质。 王军等采用络合剂乙二胺四乙酸二钠和硅烷偶联剂KH-550寸磁性Fe3O4粒 子进行表面修饰改性 , 并用其对天然胶乳中的蛋白质进行吸附分离。结果表明 , 乙二胺四乙酸通过化学键合牢固地结合在磁性粒子表面 , 并通过羰基与蛋白质反应, 达到降低胶乳氮含量的目的。 ③核酸分离 经典的DNA/RN分离方法有柱分离法和一些包括沉积、离心步骤的方法，这些方法的缺点是耗时多，难以自动化，不能用于分析小体积样品，分离不完全。
磁性材料及其应用研究
万方数据
乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。 图１磁性材料 ２．１永磁材料 一经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。对这类材料的要求是剩余磁感应强度Ｂｒ高，抗退磁能力强，磁能积（ＢＨ）大。相对于软磁材料而言，它亦称为硬磁材料。永磁材料有合金、铁氧体和金属间化合物三类。①合金类：包括铸造、烧结和可加工合金。铸造合金的主要品种有：ＡＩＮｉ（Ｃｏ）、ＦｅＣｒ（Ｃｏ）、ＦｅＣｒＭｏ、ＦｅＡＩＣ、ＦｅＣｏ（Ｖ）（Ｗ）；烧结合金有：Ｒｅ－－Ｃｏ（Ｒｅ代表稀土元素）、Ｒｅ—Ｆｅ以及ＡｌＮｉ（Ｃｏ）、ＦｅＣｒＣｏ等；可加工合金有：ＦｅＣｒＣｏ、ＰｔＣｏ、ＭｎＡＬＣ、ＣｕＮｉＦｅ和Ａ１ＭｎＡｇ等，后两种中ＢＨＣ较低者亦称半永磁材料。②铁氧体类：主要成分为ＭＯ?６Ｆｅ２０３，Ｍ代表Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ或ＳｒＣａ、ＬａＣａ等复合组分。③金属间化合物类：主要以ＭｎＢｉ为代表。根据使用的需要，永磁材料可有不同的结构和形态。有些材料还有各向同性和各向异性之别。 ２．２软磁材料 它的功能主要是导磁、电磁能量的转换与传输。因此，对这类材料要求有较高的磁导率和磁感应强度，同时磁滞回线的面积或磁损耗要小。与永磁材料相反，其Ｂｒ和ＢＨＣ越小越好，但饱和磁感应强度Ｂｓ则越大越好。软磁材料大体上可分为四类。①合金薄带或薄片：ＦｅＮｉ（Ｍｏ）、ＦｅＳｉ、ＦｅＡＩ等。 ②非晶态合金薄带：Ｆｅ基、Ｃ０基、ＦｅＮｉ基或ＦｅＮｉＣｏ基等配以适当的ｓｉ、Ｂ、Ｐ和其他掺杂元素，又称磁性玻璃。③磁介质（铁粉芯）：ＦｅＮｉ（Ｍｏ）、ＦｅＳｉＡＩ、羰基铁和铁氧体等粉料，经电绝缘介质包覆和粘合后按要求压制成形。④铁氧体：包括尖晶石型一一ＭＯ?Ｆｅ２０３（Ｍ代表ＮｉＺｎ、ＭｎＺｎ、ＭｇＺ．、Ｌｉｌ／２Ｆｅｌ／２Ｚｎ、ＣａＺｒｔ等），磁铅石型一一Ｂａ３Ｍｅ２Ｆ也４０１４１（Ｍｅ代表Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ及其复合组分）。 ２．３矩磁材料和磁记录材料 主要用作信息记录、无接点开关、逻辑操作和信息放大。这种材料的特点是磁滞回线呈矩形。旋磁材料具有独特的微波磁性，如导磁率的张量特性、法拉第旋转、共振吸收、场移、相移、双折射和自旋波等效应。据此设计的器件主要用作微波能量的传输和转换，常用的有隔离器、环行器、滤波器、衰减器、相移器、词制器、开关、限幅器及延迟线等，还有尚在发展。 ３磁性材料的应用及行业发展 ３．１磁性材料的应用 我们知道，硬磁性材料被磁化以后，还留有剩磁，剩磁的强弱和方向随磁化时磁性的强弱和方向而定。录音磁带是由带基，粘合剂和磁粉层组成。带基一般采用聚碳酸脂或氯乙烯等制成。磁粉是用剩磁强的ｒ—Ｆｅ２０３或Ｃｒ０２细粉。录音时，是把与声音变化相对应的电流，经过放大后，送到录音磁头的线圈内，使磁头铁芯的缝隙中产生集中的磁场。随着线圈电流的变化，磁场的方向和强度也作相应的变化。当磁带匀速地通过磁头缝隙时，磁场就穿过磁带一３６８～并使它磁化。由于磁带离开磁头后留有相应的剩磁，其极性和强度与原来的声音相对应。磁带不断移动，声音也就不断地被记录在磁带上。 应用于计算机磁性存储设备和作为乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡所用的磁性材科及作用原理，同磁带所用的磁性材料及作用原理基本相同，只是用处不同而已。在磁性卡上有一窄条磁带，当你乘地铁从甲站到乙站时，在甲站向仪器中投入从甲站到乙站的票钱（硬币），之后投出一张磁性卡，在投出这张磁性卡的过程中已录上了到乙站下车的磁记录，拿这张磁性卡乘车到乙站后投入到仪器中，门开，出站。如果没在乙站下车，而是在比乙站远的丙站下车，投入的硬币不够，出站门不开。要拿磁性卡补票后才能出站。在乙站或丙站投入磁性卡的过程，就是磁记录经过磁头变成电信号的过程。再用电信号控制站门开关。电机的铁芯所用的磁性材料一般用硬磁铁氧体，这些材料的特点是磁化后不易退磁。对磁通的阻力小。磁性材料的用途广泛，磁性材料在电子技术领域和其他科学技术领域中都有重要的作用。 ３．２磁性材料的行业发展 中国地大物博，金属和稀有元素矿藏非常丰富，有着丰富而天然的原材料资源优势，磁性材料产业所需的各种原材料几乎国内都能满足。磁性材料行业，离不开稀土。因为稀土成本占磁材原料成本的３０％，而中国是稀土的故乡，世界上８０％的稀土储量在中国，因此中国稀土的资源优势，决定了磁性材料行业的中国优势。 ２００６年中国出口各类磁体２３万吨，出口金额仅８．６亿美元；进口各类磁体６．９万吨，而进口金额达５．７亿美元。２００７年１—８月中国电磁铁；永磁铁等；电磁或永磁工件夹具等进口数量为５７，０３１，９９２．００千克，用汇５１３，１６１，９８７．００美元；出口数量为１９３，８４０，０３５．００千克，创汇８０９，９０９，６２０．００美元。 中国磁性材料工业在产量方面已经初具规模，发展速度很快，但与日本等磁性材料工业发达的国家相比，无论是管理水平、制造工艺、产品质量及产品档次都存在一定差距。中低档产品占据了较大的国际市场，但在高档产品上还缺乏竞争力。随着高清晰度电视等消费类电子产品的日益普及，汽车、通信业的发展，对高档磁性材料的需求越来越多。中国的磁性材料企业应该抓住这个有利的时机，开发高档磁性材料产品，占领国际市场。 “十一五”时期，是中国磁性材料工业大发展时期，世界磁性材料产业中心已经转移到中国。预计中国铝镍钴磁钢产量为３，０００吨（全球产量７，８４０吨），铁氧体永磁产量１９５，０００吨（全球产量６７６，０００吨），稀土钕铁硼磁体９，４００吨（全球１４，４００吨），软磁铁氧体产量９８，８００吨（全球４３１，０００吨）。到２０１０年中国各类磁体的产量均稳居世界之首，占全球的份额还将继续增大。到２０２０年，中国磁性材料的产量将占全球一半以上，成为世界磁性材料产业中心。 参考文献 ［１］胡双锋，黄尚宇，周玲，吕书林．磁学的发展及重要磁性材料的应［Ｊ］．稀有全属材料与工程。２００７．（９）． ［２３余声明．智能磁性材料及其应用ＥＪ］．磁性材料度嚣件，２００４，（５）．［３］宋振纶，李卫．钕铁硼永詹材科表面防护技术：特点?应用?同题 ［Ｊ］．磁性材料及器件，２００８，（１）．万方数据
纳米磁性材料
重庆科技学院课程结业论文 课程名称：磁性材料 论文题目：纳米磁性材料的发展与应用 院（系）冶金与材料工程学院 专业班级金属材料工程071班 学生姓名罗新中 学生学号 2007440375 任课教师陈登明老师 成绩：，评语： 2010年 7 月 2日
纳米磁性材料的发展与应用 罗新中 2007440375 摘要：论文介绍了纳米磁性材料的结构和性能，对纳米磁性材料在一些领域的应用原理进行了详细的阐述，评述了纳米器件的发展和应用前景，同时对纳米磁性材料的发展给出了一些自己的看法。 关键词：纳米；磁性材料；磁性器件 1 前言 纳米磁性材料技术早在20世纪70年代就被应用于共沉制造磁性液体材。1988年，法国巴黎大学教授研究组首先在Fe/Cr纳米结构的多层膜中发现了巨磁电阻效应，引起国际上的反响。此后，美国、日本和西欧都对发展巨磁电阻材料及其在高技术中的应用投入很大的力量，兴起纳米磁性材料的开发应用热。纳米磁性材料的特性不同于常规的磁性材料，主要是与磁特性相关的物理长度恰好处于纳米量级，例如磁单畴尺寸、超顺磁磁性临界尺寸、交换作用长度等大致在1nm～100nm量级，当磁性材料结构尺寸与这个物理长度相当时，就会呈现出反常的磁学性质从纳米材料的结构特征我们可将其分为3大类： 1．纳米颗粒型，如磁记录介质、共沉磁性液体、电渡吸收材料； 2．纳米微晶型，如纳米微晶永磁材料、纳米、微晶软磁材料； 3．磁微电子结构材料，如薄膜、颗粒膜、多层膜、隧道结等。 2 纳米颗粒型 2.1 磁存储介质材料 近年来，随着信息量的飞速增加，要求记录介质材料高性能化，特别是记录高密度化。高记录密度的记录介质材料与超微粒有着密切的关系，例如，要求每lcm 可记录1000万条以上的信息，那么，一条信息要记录在lmm～lOmm 中，至少具有300阶段分层次的记录，在1mm ～lOmm中至少必须有300个记录单位。若以超微粒作记录单元，可使记录密度大大提高纳米磁性微粒的尺寸极小，具有单磁畴
关于磁性纳米材料的研究应用
关于磁性纳米材料的研究应用 文献综述 姓名：于辉 学号：2013155048 学院：理学院 专业：材料化学 年级：2013级
关于磁性纳米材料的研究应用 【前言】 磁性纳米材料的应用可谓涉及在机械，电子，光学，磁学，化学和生物学领域的应用前景，纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题。 下一世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性设计出顺应世纪的各种新型的材料和器件，通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品[1]。磁性纳米材料将成为纳米材料科学领域一个大放异彩的明星，在新材料，能源，信息，生物医学等各个领域发挥举足轻重的作用。 磁性纳米材料由于其独特的磁学性能、小尺寸效应，在化学设计与合成、表面功能化方法,及其在核磁共振成像、磁控治疗、磁热疗和生物分离等领域都有应用[2]。
【磁性纳米材料的发展历程和现状】 （一）关于磁性纳米材料 纳米材料又称纳米结构材料,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料(1-100nm),或由它们作为基本单元构成的材料,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系,因此,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性，而纳米磁性材料和纳米磁性又分别是纳米科学技术和纳米物性的一个组成部分。 （二）关于颗粒磁性的研究 颗粒的磁性，根据磁畴理论与实验表明:当磁性微粒处于单畴尺寸时,矫顽力将呈现极大值[3]。铁磁材料,在应用上,可以作为高矫顽力的永磁材料和磁记录材料。由于颗粒磁性与其尺寸有关,若尺寸进一步减小,颗粒将在一定的温度范围内将呈现出超顺磁性。利用微粒的超顺磁性,提出了磁宏观量子隧道效应的概念,并研制成了磁性液体。非晶态磁性材料的诞生为磁性材料增添了新的一页,也为纳米微晶磁性材料(纳米微晶软磁材料、纳米复合永磁材料)的问世铺平了道路。（三）磁性纳米材料的特点和制备方法[4] 磁性纳米材料有量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应的特点。 制备方法： <1>磁流体的制备方法 物理法：研磨法、热分解法、超声波法。 化学法：化学沉淀法、水热法。 <2>磁性微粒的制备方法 分散法、单体聚合法。 <3>纳米磁性微晶的制备方法 非晶化法、深度塑性变形法。 <4>纳米磁性结构复合材料的制备方法 溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、磁控溅射法和激光脉冲沉积法。 （四）磁性纳米材料的应用范围[4] 磁记录方面的应用、纳米永磁材料方面的应用、纳米软磁材料方面的应用、纳米吸波材料领域的应用、生物医学领域的应用、金属有机高分子磁性材料方面的应用。
超顺磁性
基本定义 超顺磁性（superparamagnetism）：如果磁性材料是一单畴颗粒的集合体，对于每一个颗粒而言，由于磁性原子或离子之间的交换作用很强，磁矩之间将平行取向，而且磁矩取向在由磁晶各向异性所决定的易磁化方向上，但是颗粒与颗粒之间由于易磁化方向不同，磁矩的取向也就不同。现在，如果进一步减小颗粒的尺寸即体积，因为总的磁晶各向异性能正比于K1V，热扰动能正比于kT（K1是磁晶各向异性常数，V是颗粒体积，k是玻尔兹曼常数，T是样品的绝对温度），颗粒体积减小到某一数值时，热扰动能将与总的磁晶各向异性能相当，这样，颗粒内的磁矩方向就可能随着时间的推移，整体保持平行地在一个易磁化方向和另一个易磁化方向之间反复变化。从单畴颗粒集合体看，不同颗粒的磁矩取向每时每刻都在变换方向，这种磁性的特点和正常顺磁性的情况很相似，但是也不尽相同。因为在正常顺磁体中，每个原子或离子的磁矩只有几个玻尔磁子，但是对于直径5nm的特定球形颗粒集合体而言，每个颗粒可能包含了5000个以上的原子，颗粒的总磁矩有可能大于10000个玻尔磁子。所以把单畴颗粒集合体的这种磁性称为超顺磁性[1]。 编辑本段特点 介绍 超顺磁性行为有两个最重要的特点：一是如果以磁化强度M为纵坐标，以H/T为横坐标作图（H是所施加的磁场强度，T是绝对温度），则在单畴颗粒集合体出现超顺磁性的温度范围内，分别在不同的温度下测量其磁化曲线，这些磁化曲线必定是重合在一起的。二是不会出现磁滞，即集合体的剩磁和矫顽力都为零。 重要性 对于磁性颗粒集合体来说，有两个物理量非常重要：一是出现超顺磁性的临界尺寸（直径）Dp。如果颗粒系统的温度保持恒定，则只有当颗粒尺寸D≤Dp才有可能呈现超顺磁性。该直径小于单畴颗粒的临界直径。二是截止温度TB，对于足够小的磁性颗粒，存在一特征温度TB，当温度T＜TB时，颗粒呈现强磁性（铁磁性或亚铁磁性）；T≥TB时，颗粒呈现超顺磁性。 超顺磁的必要条件有两个：一个是测MT曲线的零场冷（ZFC）和场冷（FC）曲线，两曲线会分叉，在ZFC曲线有一个峰值，对应超顺磁的冻结温度，并且该峰值会随着测量的频率变化而发生移动。这是个金标准；另一个是测量ＭＨ进行测量的话，没有磁滞和娇顽力，
磁性纳米材料的研究进展
磁性纳米材料的研究进展 Progress of magnetic nanoparticles 李恒谦﹡贾雪珂李艳周康佳 （合肥工业大学，安徽宣城） （Hefei University of Technology, Xuancheng, Anhui, China) 摘要：纳米技术是近年来发展起来的一个覆盖面极广、多学科交叉的科学领域。而磁性纳米材料因其优异的磁学性能，也逐渐发挥出越来越大的作用。随着科学工作者在制备、应用领域的拓展逐渐深入，也使得纳米材料的外形、尺寸的控制日趋完善。因此，磁性纳米材料在机械、电子、化学和生物学等领域有着广泛的应用前景。文章综述磁性纳米材料的制备方法、性能及其近年来在不同领域的应用状况。 关键词：磁性；纳米；制备；性能；应用 Abstract: Nanotechnology is developed in recent years as a kind of science with wide coverage and multidisciplinary. Magnetic nanoparticles also play an increasing role due to its excellent magnetic properties．As scientists research take them deeper along the aspects of synthesis and application．the control of shape and dimensions of magnetic nanoparticles has become more mature．Therefore, magnetic nanoparticles have wide application propects in machinery, electronics, chemistry, biology, etc. In this paper，the synthesis method is discussed, the character is mentioned and the application of magnetic nanoparticles is summarized． Keywords：magnetic；nanoparticles；synthesis；character; application 1.引言 磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。 纳米表征技术是高新材料基础理论研究与实际应用交叉融合的技术。对我国高新材料产业的发展有着重要的推动作用，其在全国更广泛的推广应用，能加速我国高新材料研究的进程，为我国高新技术产业的发展作出更大的贡献。在纳米表征技术下，磁性纳米材料的应用日显勃勃生机。例如磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防，国民经济的方方面面紧密相关，磁记录材料至今仍是信息工业的主体。 磁性纳米材料的应用可谓涉及到各个领域。在机械，电子，光学，磁学，化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响。并有可能从根本上解决人类面临的许多问题。特别是能源，人类健康和环境保护等重大问题。下一世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性设计出顺应世纪的各种新型的材料和器件，通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品。已出现可喜的苗头，具备了形成下一世纪经济新增长点的基础。磁性纳米材料将成为纳米材料科学领域一个大放异彩的明星，在新材料，能源，信息，生物医学等各个领域发挥举足轻重的作用。 2.制备 在人们所熟知的大量磁性材料中，由于不能同时满足高饱和磁化强度和稳定性高的要求，饱和磁化强度高但稳定性低的材料应用在一定程度上受到了限制。目前可选作磁性微粒的仅有少数几种，主要为金属氧化物，如三氧化二铁（Fe2O3）、MFe2O4(M为Co，Mn，Ni)、四氧化三铁（Fe3O4），二元和三元合金，如金属铁、钴、镍及其铁钴合金、镍铁合金，以及钕
超顺磁性纳米颗粒治疗肿瘤的应用进展_李慧
中国组织工程研究与临床康复 第13卷 第51期 2009–12–17出版 Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research December 17, 2009 Vol.13, No.51 ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH 101331 Yangzhou University Medical College, Yangzhou 225001, Jiangsu Province, China; 2 Department of Hematology, Northern Jiangsu People's Hospital, Yangzhou 225001, Jiangsu Province, China Li Hui ★, Studying for master’s degree, Yangzhou University Medical College, Yangzhou 225001, Jiangsu Province, China lh99beautiful@ https://www.360docs.net/doc/4416518572.html, Correspondence to: Wang Da-xin, Doctor, Professor, Chief physician, Yangzhou University Medical College, Yangzhou 225001, Jiangsu Province, China daxinw2002@ https://www.360docs.net/doc/4416518572.html, Received: 2009-10-11 Accepted: 2009-11-21 超顺磁性纳米颗粒治疗肿瘤的应用进展★ 李 慧1，王大新1，顾 健2 Application of superparamagnetic nanoparticles for cancer treatment Li Hui 1, Wang Da-xin 1, Gu Jian 2 Abstract BACKGROUND: In recent years, nanoparticles has been rapidly developing in tumor hyperthermia, genophore research, and targeted drug therapy, particularly nanoparticle containing drug delivery systems will become another breach in tumor therapy. OBJECTIVE: To summarize the application and mechanism of superparamagnetic nanoparticles for cancer treatment in the medical field. METHODS: A computer-based online search was conducted in Medline for English language publications containing the key words of “superparamagnetic, nanoparticles, targeting” from January 2000 to October 2009. Relevant articles were also searched from CNKI with the same key words in Chinese from January 2005 to October 2009. RESULTS AND CONCLUSION: A total of 123 articles about targeting role of magnetic nanoparticles were included, and there were 24 in Chinese and 108 in English. Articles published earlier, duplicated, and similarly were excluded, and 30 references were finally included. Superparamagnetic nanoparticles characterized by targeting role under external magnetic field, and crystal of ferroso-ferric oxide did not has toxicity to cells. As a gene carrier and drug carrier, superparamagnetic nanoparticles were widely used in medical research and they also provided novel evidences for cancer treatment. By an external magnetic field, how to avoid a comprehensive system of phagocytic endothelial phagocytosis and prevent the course of treatment such as drug-induced thrombus is still inadequate. Li H, Wang DX, Gu J.Application of superparamagnetic nanoparticles for cancer treatment. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2009;13(51):10133-10136. [https://www.360docs.net/doc/4416518572.html, https://www.360docs.net/doc/4416518572.html,] 摘要 背景：近年来纳米颗粒在肿瘤热疗、基因载体研究、靶向药物治疗等方面得到迅速发展，特别是纳米颗粒载药系统已成为肿瘤治疗的又一突破口。 目的：对超顺磁性纳米颗粒在医学领域特别是肿瘤治疗方面的应用及其机制进行概述。 方法：应用计算机检索Medline 数据库(2000-01/2009-10)，以“Superparamagnetic ，Nanoparticles ，Targeting ”为检索词；应用计算机检索中国期刊网(CNKI)(2005-01/2009-10)，万方数据库(2005-01/2009-10)，以“磁性、纳米颗粒、靶向”为检索词。 结果与结论：共收集123篇关于磁性纳米颗粒靶向作用的文献，中文24篇，英文108篇。排除发表时间较早、重复及类似研究，纳入30篇符合标准的文献。超顺磁性纳米颗粒是指具有磁响应性的纳米级粒子，其直径一般小于30 nm ，当磁性纳米粒子的粒径小于其超顺磁性临界尺寸时，粒子进入超磁性状态。超顺磁性纳米颗粒除了通过血液循环进入炎症肿瘤相关部位外，还可被广泛存在于肝脏、脾脏、淋巴结的网状细胞-内皮吞噬系统(reticulo -eneothelial system ，RES)的细胞所识别。研究发现经过表面修饰的载药纳米颗粒，可跨血脑屏障转运，其机制可能与血脑屏障的连接结构——毛细血管，其内皮细胞通过低密度脂蛋白介导的胞吞作用有关。目前合成生物相容性磁性纳米颗粒的方法有很多，但最常用的合成生物相容Fe 3O 4磁性纳米颗粒的方法为共沉淀法。超顺磁性纳米颗粒在外加磁场的作用下可具有靶向性，且四氧化三铁的晶体对细胞无毒，其作为基因载体及药物载体被广泛应用于医学研究，为肿瘤的治疗开辟了新的途径。但对于外置磁场，如何全面的避开内皮吞噬系统的吞噬，防止治疗过程中药物性血栓的生成等尚存在不足。 关键词：超顺磁性；四氧化三铁；纳米颗粒；靶向；生物材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2009.51.028 李慧，王大新，顾健.超顺磁性纳米颗粒治疗肿瘤的应用进展[J].中国组织工程研究与临床康复，2009，13(51):10133-10136. [https://www.360docs.net/doc/4416518572.html, https://www.360docs.net/doc/4416518572.html,] 综 述
关于磁性材料及其应用的探讨
关于磁性材料及其应用的探讨 发表时间：2019-08-15T14:05:45.490Z 来源：《工程管理前沿》2019年第9期作者：程俊峰[导读] 对磁性材料的相关应用进行探讨，以促进磁性材料的不断发展。 宁波招宝磁业有限公司 315000 【摘要】磁性材料的用途多种多样，目前越来越多的学者对其进行了研究，本文对磁性材料的相关应用进行探讨，以促进磁性材料的不断发展。 【关键词】磁性材料；应用；探讨 1引言 磁性材料的种类多种多样，例如磁性纳米材料、磁性气凝胶材料、磁性吸附材料等，不同的材料其用途各不相同，可以被应用与不同的领域。目前，磁性材料已经成为研究热点，根据其优势越来越多的被应用于各个行业中，本文介绍了几种磁性材料以及其应用。2磁性纳米材料 与大多现有生物医用纳米材料不同，以纳米氧化铁为代表的医用磁性纳米颗粒既可介导外场产生局域磁场、热效应、力学效应，又兼顾了本征的类酶催化活性。同时，纳米氧化铁是当前为数不多的已被美国食品药品监督管理局（FDA）批准可用于临床的无机纳米材料. 因此，将多功能集成于一体的磁性纳米颗粒在磁共振造影成像（MRI）、磁感应热疗、细胞命运调控、生物催化等生物医学相关领域展现出巨大的应用前景. 在生物影像方面，超顺磁性氧化铁纳米颗粒增强的磁共振 T 2 成像已应用于多种疾病的诊断；在肿瘤精准治疗方面，集成影像与热疗为一体的磁性氧化铁诊疗一体化纳米平台材料也展现了巨大潜力；在生物催化方面，磁性氧化铁纳米材料由于具有类生物酶的催化特性，且稳定性高、经济以及可规模化制备等特点，已经成为当前的研究热点之一。然而，磁性纳米材料在取得良好进展的同时，也面临着更重要的挑战. 比如，传统超顺磁氧化铁纳米颗粒作为磁共振T 2 造影剂，在临床应用上存在易与低信号区产生混淆，且图像分辨率仍有待提高的问题，作为磁热疗剂，其低的磁热效率也一直是临床靶向磁热疗应用的障碍. 令人欣慰的是，随着磁性纳米材料合成技术的不断发展，新型的磁性纳米材料不断涌现，不仅有效改善了以往存在的科学问题，而且也进一步扩展了其在生物医学领域的应用面. 如利用准顺磁氧化铁作为T 1 造影剂已被成功开发，高磁-热效率的纳米热疗剂也逐步进入人们视野，在脑神经调控、生物体器官冷冻复苏、细胞命运调控以及肿瘤诊疗一体化等方面也取得了长足进展。目前，磁性纳米材料在生物医学应用的多个领域都展现出其独特的优势，特别是在高效介导外场产生的生物效应及其应用上取得了重要进展。 3磁性气凝胶材料 气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的纳米多孔网络结构，并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。气凝胶最初由 Kistle制得，他采用超临界干燥技术成功制备了二氧化硅气凝胶，因此将气凝胶定义为湿凝胶通过超临界干燥所获得的材料。随着气凝胶材料的不断发展，具有特殊功能的气凝胶也越来越受到人们的关注。磁性气凝胶是一种具有磁响应性能的气凝胶材料，它同时兼具气凝胶的特性和磁响应性能，在吸附、催化和生物医学等领域的应用都有独特的优势。磁性气凝胶主要采用将磁功能化的材料分散在溶液中，经过凝胶化、老化和超临界干燥等步骤制得，通常的方法是将磁性纳米颗粒物理分散或化学接枝到气凝胶基质中，如在常规气凝胶上负载磁性纳米材料，以赋予其磁性能。因磁功能化的纳米材料和气凝胶基质的不同，磁性气凝胶的结构和性能也会变化，这为制备具有特殊功能的气凝胶提供了条件，具有很广的研究前景。磁性气凝胶可分为无机磁性气凝胶和有机磁性气凝胶两类:无机磁性气凝胶的基质主要是 SiO2 和 TiO2 等气凝胶，主要研究磁性颗粒与气凝胶基体的相互作用机理以及对材料结构和性能的影响。而有机磁性气凝胶的基质主要是石墨烯气凝胶和碳气凝胶等柔性气凝胶，它们主要应用于吸附、催化和医药载体等领域，且具有磁分离效果好、催化效率高和可回收利用的特点。在水处理中，磁性气凝胶材料能在保持其自身结构完整的前提下有效吸附污染物，并且能够通过在外部加载磁场的作用下实现快速分离与回收，是一种新型的环保吸附剂。由于具有高比表面积、高孔隙率以及磁性能，磁性气凝胶在催化效率和磁响应性能上有巨大的优势，也可以作为高效催化剂使用。此外，磁性气凝胶材料还在生物医药和电极材料等领域有优异的性能和广泛的应用，是一种研究与应用潜力巨大的新型材料。 4磁性吸附材料 工业发展一方面促进了科技的发展，给人们生活创造了各种便利，但另一方面由于涉及各种化学反应和材质，生产过后带来的环境垃圾以及废水的排放和处理也是一大难题。废水的排放会导致新的环境安全问题，国家对排放进行了限制，专家们也致力于研究出新的方式来处理废水，那么磁性吸附就是新兴的一种方式。 磁性材料在外加磁场的条件下就可以加速重金属离子与液体的分离，因此确保吸附材料具有稳定的磁性，就需要通过一番实验制得。实验发现制得的磁性氧化石墨烯取得了良好的吸附效果，比如实验将 FeCl 3 ·6H 2 O 作为前驱体制备出 Fe 3 O 4 修饰的三元磁性氧化石墨烯AMGO 很好的对 Cr(VI) 进行了吸附。还有 Cu 2+ 、Pb 2+ 、Ni 2+ 、Hg 2+ 、Cd 2+ 、As 3+ 、As 5+ 、Cr 6+ 等重金属离子存在于水和土壤中给环境带来了很大的污染，简单的物理和化学方法不能高效的除去这些重金属离子，那么研究出完备的吸附法就可以解除燃眉之急。 我们都知道水体中各种成分都是可以共存的，如果采用化学反应之类的除去重金属离子，会对原来的水体造成化学污染，而且浪费了资源，过滤和回收都是需要耗费很大的代价的。在这个基础下，水中的任何物质之间都是有可能发生反应从而影响重金属离子的去除的，为了避免这个弊端，需要保证吸附材料具有稳定的磁性，同样还要保证自身的稳定性。合成物就是一种稳定存在的方式，Fe 表面含有很强络合重金属离子能力的丰富的官能团，被相关人员拿来做研究，经实验发现在此基础下具有一定的吸附量，而且吸附量深受 PH 的影响，为了达到高效的吸附量需要对相关影响因素进行控制和调整。 在不同的 pH 下还有在不同金属离子的存在下，所具备的吸附效果也是不同的。在 pH 为 5.3 的情况下 GO/Fe 3 O 4 对 Cu(II)的最大吸附容量是 18.26 mg/g，但是在 FA 存在时最大吸附容量可以达到19.09 mg/g。除此之外对重金属离子的吸附性还和吸附顺序有关，所以对于不同的重金属离子的吸附量也是不同的。如何制备出更加强效的稳定性的材料就需要通过各种离子的尝试。运用化学反应将实验收获的具有吸附能力的离子制备成稳定的合成物，在加上磁性条件的情况下加强吸附效果。比如将 Fe 3+ 和 Fe 2+ 与 GO 上的羧基形成配合物制得的磁性氧化石墨烯就对许多重金属离子有明显的吸附成效。因此专家和研究人员把目光和研究方向投向具有磁性的吸附材料上，经过尝试和摸索，确实得到比较完备的实验报告和收获，相信在未来会制备出更加高效的吸附材料。
磁性纳米材料的化学合成_功能化及其生物医学应用
第25卷第2期大学化学2010年4月 今日化学 磁性纳米材料的化学合成、功能化 及其生物医学应用 侯仰龙 (北京大学工学院先进材料与纳米技术系北京100871) 摘要从纳米材料的生长动力学模型出发,讨论磁性纳米材料的控制合成原理。总结磁性纳米材料的化学设计与合成、表面功能化及其在核磁共振成像和多模式影像等方面的应用研究最新 进展。 磁性材料在信息存储、传感器和磁流体等传统学科领域有着重要的应用。近年来,随着纳米材料科学与技术的发展,纳米磁性材料的应用开发日益引起人们的关注,特别是在提高信息存储密度、微纳米器件和生物医学领域的应用潜力巨大。本文将从纳米磁学开始,回顾磁性材料的基本概念、化学设计与合成、表面功能化及其在生物医学领域的潜在应用[1]。 1纳米磁学 在磁场中,铁磁体的磁化强度M或磁感应强度B与磁场强度H的关系可用曲线来表示。当外磁场作周期变化时,铁磁体中的磁感应强度随磁场强度的变化而形成一条闭合线,即磁滞回线,图1(a)为铁磁物质磁滞现象的曲线。一般说来,铁磁体等强磁物质的磁化强度M(或B)不是磁场强度H的单值函数而依赖于其所经历的磁状态。以磁中性状态为起始态,当磁状态沿起始磁化曲线磁化时,此时磁化强度逐渐趋于饱和,曲线几乎与H轴平行,将此时的磁化强度称为M s。此后若减小磁场强度,则从某一磁场强度开始,M随H的变化偏离原先的起始磁化曲线,M的变化落后于H。当H减小至0时,M并未同步减小到0,而存在剩余磁化强度 M r 。为使M减至0,需加一反向磁场,称为矫顽力H c 。反向磁场继续增大时,磁体内的M将沿 反方向磁化到趋于饱和(M s),反向磁场减小至0再施加正向磁场时,按相似的规律得到另一支偏离反向起始磁化曲线的曲线。当外磁场完成如上变化时,铁磁体的磁状态可由图1(a)所示的闭合回线描述。当温度高于居里点时,磁性材料将变成顺磁体,其磁性很容易随周围磁场的改变而改变。如果温度进一步提高,或者磁性颗粒的粒度很小时,即便在常温下,当尺寸达到临界畴时,材料中电子的热运动将逐渐占主导作用,热运动引起的扰动能超过磁能,使得原有的磁有序发生无序化,该现象称为超顺磁现象,如图1(b)所示,此时材料矫顽力和剩磁为0。对于纳米颗粒的超顺磁转变温度,称为B loc k i n g温度。其磁学性质随尺寸的变化,如图2所示,与块体磁性材料的多畴结构相比,纳米颗粒具有单畴结构,当颗粒尺寸小于临界畴尺寸时,纳米颗粒的磁自旋将无序排列。在单畴区域,矫顽力随着颗粒尺寸的增加而增加,在颗粒 1
磁性纳米材料的特性、发展及其应用
2011412690 应用化学董会艳 题目纳米材料的磁学性质、发展及其应用前景 内容摘要：磁性纳米材料的特性不同于一般的磁性材料，当与磁性相关联的特征物理长度恰好出于纳米量级，以及电子平均自由路程等大致处于1~100nm量级，或磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学与电学性质。不同分类的磁性纳米材料有着大不相同的特性。从纳米科技诞生的那一刻起就对人类产生着深远的影响。同时磁性材料一直是国民经济，国防工业的重要支柱与基础，与此同时在信息化高度发展的今天，磁性纳米材料的地位显的更加的重要与不可替代。 关键词：磁性，纳米，磁性纳米材料，应用 Abstract：Characteristics of magnetic nanomaterials is different from the general magnetic materials and magnetic properties associated with the characteristics of the physical length of just for the nanoscale, and the electron mean free path, etc. generally in the 1 ~ 100nm orders of magnitude, or magnetic body size and characteristicsphysical length is quite showing the anomalous magnetic and electrical properties. Different classification of magnetic nanomaterials differ materially from those features. The moment of the birth of nanotechnology on humans with far-reaching impact. Magnetic materials has been an important pillar and foundation of the national economy, defense industry, at the same time in the development of information technology today, the status of magnetic nanomaterials significantly more important and irreplaceable. Key words：Magnetic ，Nano ，Magnetic nanomaterials，Application 前言：在社会发展和科技进步的同时，磁性纳米材料的研究和应用也有了很大的突 破。磁性纳米材料在于与磁性相关联的特征物理长度恰好出于纳米量级，例如，磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸以及电子平均自由路程等大致处于1~100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学与电学性质。 当磁性微粒处于单畴尺寸时, 矫顽力将呈现极大值。铁磁材料, 如铁、钻等磁性单畴临界尺寸大约在l0 nm 量级,可以作为高矫顽力的永磁材料和磁记录材料。由于颗粒磁性与其尺寸有关, 如果尺寸进一步减小, 颗粒将在一定的温度范围内呈现出超顺磁性。利用微粒的这个特性, 人们在开始对镍纳米微粒进行低温磁性研究, 并提出磁宏观量子隧道效应的概念, 随后在60年代末期研制成了磁性液体。80 年代以后, 在理论与实验二方面, 开始研究纳米磁性微粒的磁宏观量子隧道效应,在1988 年首先在Fe/ Cr 多层膜中发现了巨磁电阻效应, 也为磁性纳米材料的研究奠定了更夯实的基础。 正文 磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因在于与磁性相关联的特征物理长度恰好出于纳米量级，例如，磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1~100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学与电学性质。利用这些新特性已涌现出一系列新材料，尤其在信息存储，处理与传输中已成为不可或缺的组成部分，广泛地应用于电信，自动控制，通讯，家用电器等领域，信息化发展的总趋势是向小，轻，薄以及多功能方
纳米磁性材料及器件的进展
综述与动态 纳米磁性材料及器件的进展 马昌贵 （西南应用磁学研究所，四川绵阳 621000） 摘 要：概述了国内外纳米磁性材料及器件研究与开发的进展。具体介绍纳米磁性粒子、铁基纳米晶软磁合金、稀土永磁快淬磁粉、人工格、纳米磁性丝、射频用复合软磁材料的制备工艺、主要性能及其在磁记录、传感器、磁电子器件中的应用。 关键词：纳米材料；软磁合金；稀土永磁；人工格；磁电子器件；自旋阀 中图分类号：TM271 文献标识码：A 文章编号：1001-3830(2002)05-0036-05 收稿日期：2001-06-28 1 实用型纳米磁性材料 1.1 最早实用化的纳米磁性粒子 对微细、超微细磁性粒子的基础研究，大约始 于1970年代。当初，多以纯铁（α-Fe ）为研究对象，目的是想制出高矫顽力（H c ）的磁记录介质；制备工艺几乎都是采用化学沉积法。后来，运用真空蒸镀、溅射等技术，将这项研究工作向实用化阶段推进了一大步。 最早实用的纳米磁性材料，应当从美国宇航局和国家金属研究所开发成功的金属粒子磁性液体算起。 大家知道，磁性液体（又叫铁磁流体）是把纳米级的磁性颗粒通过表面活性剂，均匀地分散到载液中形成的稳定胶状体物质；已在宇航服、轴承、硬磁盘机（HDD ）的密封和扬声器减震等方面得到广泛应用。磁性液体的基本参数是饱和磁化强度（M s ），其大小主要由构成胶体的磁性粒子的性质决定。最初的磁性颗粒，是采用真空化学汽相沉积（CVD ）或球磨法制得的金属（Fe ，Co ，Ni ）或合金粒子，平均粒径5～7nm ，制成的磁性液体的s 0M μ=120～150mT 。后来，又制成了低成本的氧化物（Fe 3O 4等）粒子磁性液体，其s 0M μ≈40mT 。为了提高材料性能，对高M s 氮化铁做了很多的研究。例如，把用等离子体CVD 法制得的ε-Fe x N 粒子（直径2～10nm ）分散在甲苯中，制出的磁性液体s 0M μ=220mT 。 提高磁记录密度，需要高H c 记录介质和高饱和磁感应强度（B s ）高磁导率(μ)磁头材料。采用共沉淀、水热合成等方法制出的纳米级Co 代换γ-Fe 2O 3、Co-Ti 代换的BaFe 12O 19氧化物粒子磁粉，利用真空蒸发、溅射等工艺制成的金属纳米粒子磁粉、连续薄膜介质相继投放市场，推动了高密度音视频磁记录装置和HDD 的快速发展。 1.2 铁基纳米晶软磁合金 正式以纳米磁性材料命名并迅速投入批量生产的，是日立金属（株）于1988年开发成功的铁基纳米晶软磁合金，商品名Finemet [1]。这是在Fe-Si-B 基础合金中同时添加Nb 和Cu 元素，先用快淬工艺将熔融合金甩成非晶薄带，然后在其晶化温度（≈550℃）进行热处理，生成由直径10～14nm Fe-Si 体心立方微晶埋在剩余未晶化非晶母体中的合金，标称成分为Fe 73.5Si x B 22.5－x -Nb 3Cu 1（通常x =13.5或16.5）。由于这种新型合金的软磁性能明显优于同类非晶材料（高e μ，高B s ，低磁芯损耗），故而受到广泛的重视，很快被用作饱和电抗器、共模扼流圈、高频大功率变压器等磁芯材料。在这种合金中，Nb 和Cu 的同时存在，对晶粒细化和阻止非磁性硼化物的生成起了重要作用。 在Finemet 开发成功后不久，日本阿尔卑斯（株）采用射频溅射工艺，又制成了Fe-M-C(M=Zr ，Hf ，Nb ，Ti ，Ta ，V 等)纳米晶薄膜合金，商品名“Nanomax ”[2]。这种溅射态薄膜合金仍系非晶材料，在550℃左右退火处理约20min ，便生成由α-Fe 和MC 构成的多晶体。MC 的平均粒径1～3nm ，均匀地分散在粒径不到10nm 的α-Fe 相中。Nanomax 具有B s =1.4～1.7T ，i μ(1MHz)=5000～6000，H c =4.8～7.96A/m ，s λ≈0，耐热温度高达700℃，因此，它们首先被用来制作高频磁记录磁头，如VTR 和R-DAT 用MIG 磁头，其记录特性