1、磁性纳米颗粒及应用磁性纳米颗粒及应用 生物技术生物技术091 周翠蕾周翠蕾 0909051011一、一、磁性纳米颗粒的概述磁性纳米颗粒的概述v磁纳米颗粒为一种处于纳米级磁纳米颗粒为一种处于纳米级(1100nm)的磁性材料的磁性材料(Fe的氧化物为的氧化物为主主).具备量子尺寸效应、表面效应、小具备量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应及宏观量子隧道效应等尺寸效应及宏观量子隧道效应等.v具有良好的磁导向性、生物相溶性和生具有良好的磁导向性、生物相溶性和生物降解性等物降解性等,可结合多种生物功能分子可结合多种生物功能分子(酶、酶、DNA、蛋白质等、蛋白质等).二、磁性纳米颗粒的类型二、磁性纳米颗粒的类
2、型磁性颗粒有三种类型，即磁性颗粒有三种类型，即u(1)20世纪世纪60年代出现的第一代铁氧年代出现的第一代铁氧体颗粒体颗粒 主要有主要有-Fe2O3、MeFe2O4（MeCo，Ni，Mn）和）和Fe3O4颗粒等。颗粒等。磁性纳米颗粒的类型磁性纳米颗粒的类型u(2)80年代出现的金属型颗粒年代出现的金属型颗粒 主要有主要有Fe、Co、Ni及其合金颗粒。及其合金颗粒。u(3)90年代出现的氮化铁颗粒。年代出现的氮化铁颗粒。Fe-N化合物主要有化合物主要有FeN、Fe2N、-Fe3N、Fe16N2等。等。各种形貌的磁性纳米颗粒各种形貌的磁性纳米颗粒三、纳米磁性颗粒的制备三、纳米磁性颗粒的制备常用的方
3、法：（常用的方法：（P107）v辐射聚合法辐射聚合法v热固化法热固化法v共沉淀法共沉淀法四、磁性纳米颗粒的应用四、磁性纳米颗粒的应用v在在DNA分离纯化中的应用分离纯化中的应用v磁靶向药物磁靶向药物v在医学检测、诊断中的应用在医学检测、诊断中的应用v基因治疗基因治疗v细胞分离和免疫分析细胞分离和免疫分析v磁性纳米颗粒对蛋白酶的吸附及固定化磁性纳米颗粒对蛋白酶的吸附及固定化1、在、在DNA分离纯化中的应分离纯化中的应用用v传统的传统的DNA分离方法，不仅需要接触有分离方法，不仅需要接触有毒试剂，而且步骤繁杂，费时、费力，毒试剂，而且步骤繁杂，费时、费力，难以自动化操作。难以自动化操作。v 纳米磁
4、性颗粒粒子小，比表面积大，偶纳米磁性颗粒粒子小，比表面积大，偶容量高，悬浮稳定性好，便于各种反应容量高，悬浮稳定性好，便于各种反应高效方便地进行。高效方便地进行。具有顺磁性，在外磁场作用下，固具有顺磁性，在外磁场作用下，固液相的分离十分简单，省去离心、过滤液相的分离十分简单，省去离心、过滤等操作，并可在外磁场作用下定位。等操作，并可在外磁场作用下定位。v例例:用纳米粒子从各种组织中分离用用纳米粒子从各种组织中分离用于于PCR的的DNA:先用去垢剂溶解细胞，释放出先用去垢剂溶解细胞，释放出DNA,将将DNA吸附在单分散状态的磁性纳米粒吸附在单分散状态的磁性纳米粒子上。吸附后的子上。吸附后的DNA
5、通过几步洗涤得到通过几步洗涤得到纯化。纯化。因为因为DNA没有渗入纳米磁粒子内，没有渗入纳米磁粒子内，而纳米磁粒子也不会影响而纳米磁粒子也不会影响PCR扩增，纳扩增，纳米磁粒子米磁粒子/DNA复合物可直接用于复合物可直接用于PCR。2、磁靶向药物、磁靶向药物v用生物高分子如氨基酸、多肽、蛋白、用生物高分子如氨基酸、多肽、蛋白、酶等包裹生物相溶性和散单分性好的无酶等包裹生物相溶性和散单分性好的无机磁性纳米颗粒机磁性纳米颗粒,再与药物结合制成载药再与药物结合制成载药分子分子,在外加磁场作用下在外加磁场作用下,通过磁纳米颗通过磁纳米颗粒的磁性导向性使药物准确作用于病变粒的磁性导向性使药物准确作用于病
6、变部位部位,增强对病变组织的靶向行增强对病变组织的靶向行,降低对降低对正常组织细胞的正常组织细胞的 伤害伤害.优点优点:v相比其他药物载体相比其他药物载体,磁纳米颗粒粒径比毛磁纳米颗粒粒径比毛细血管还小细血管还小1-2个数量级个数量级v在外加磁场的作用下靶向能力更加优越在外加磁场的作用下靶向能力更加优越,定点滞留作用强定点滞留作用强v载药磁性纳米颗粒对机体无毒害作用载药磁性纳米颗粒对机体无毒害作用,可可通过人体肝脾自然排泄通过人体肝脾自然排泄v通过控制磁性纳米颗粒形成的细微结构通过控制磁性纳米颗粒形成的细微结构可以达到对药物的控释作用可以达到对药物的控释作用(P73)3、在医学检测和诊断中的应
7、用、在医学检测和诊断中的应用v根据肝肿瘤与正常肝组织所表现的根据肝肿瘤与正常肝组织所表现的MRI（磁共振成像）信号差异，以（磁共振成像）信号差异，以SPIO（超（超顺磁性氧化铁纳米粒）作顺磁性氧化铁纳米粒）作MRI的对比剂，的对比剂，可用来诊断良性肝肿瘤、恶性肿瘤及肝可用来诊断良性肝肿瘤、恶性肿瘤及肝硬化、肝炎等疾病。也可用于心肌缺血、硬化、肝炎等疾病。也可用于心肌缺血、脑血流灌注等心脑梗阻疾病的定位和诊脑血流灌注等心脑梗阻疾病的定位和诊断。断。v例例:研究人员在研究人员在0.6T场强下，对场强下，对15例肝例肝转移瘤用转移瘤用AMI-25进行增强扫描，结果与进行增强扫描，结果与增强前的增强前
8、的MR(阳性磁共振）图像相比，阳性磁共振）图像相比，检出病灶的数量增加了检出病灶的数量增加了16倍，检出病灶倍，检出病灶的最小直径也从增强前的的最小直径也从增强前的1.5cm下降到下降到0.3cm，效果非常明显。，效果非常明显。4 基因治疗基因治疗v基因治疗是现在医学领域一大热点基因治疗是现在医学领域一大热点,目的目的是通过将遗传物质导入细胞或组织是通过将遗传物质导入细胞或组织,进行进行疾病的治疗疾病的治疗.v影响基因治疗成功的主要原因之一是缺影响基因治疗成功的主要原因之一是缺乏高效的基因载体。乏高效的基因载体。v目前常用的遗传物质载体有目前常用的遗传物质载体有2大类大类,病毒病毒和脂质体和脂
9、质体v病毒载体病毒载体:制备困难制备困难,装载外源装载外源DNA有限有限,能诱导宿主产生免疫反应及潜在的致瘤能诱导宿主产生免疫反应及潜在的致瘤性性.v脂质体载体脂质体载体:聚合物颗粒大小是影响转染聚合物颗粒大小是影响转染效率的一大因素效率的一大因素,制备重复性和稳定性较制备重复性和稳定性较差且溶酶可以使进入细胞的脂质体降解差且溶酶可以使进入细胞的脂质体降解.v磁性纳米材料磁性纳米材料:直径可达直径可达10nm以下以下,在外在外磁场作用下具有明显的靶向性磁场作用下具有明显的靶向性.外包生物外包生物高分子对细胞无毒高分子对细胞无毒.具有巨大的表面能具有巨大的表面能,有多个结合位点有多个结合位点特点
10、：特点：v磁性纳米材料通过磁导向作用解决了因磁性纳米材料通过磁导向作用解决了因靶部位载体浓度不足而引起的转染效率靶部位载体浓度不足而引起的转染效率问题问题vDCIONP(一种外包葡萄糖的磁性四氧化一种外包葡萄糖的磁性四氧化三铁颗粒三铁颗粒)可以在一定可以在一定PH值下值下,保护目的保护目的DNA不被水解不被水解v是非生物材料是非生物材料,不会引起免疫反应不会引起免疫反应v可介导外源基因的整和可介导外源基因的整和,以长期表达以长期表达5、细胞分离和免疫分析细胞分离和免疫分析v磁性纳米颗粒性能稳定磁性纳米颗粒性能稳定,较易制备较易制备,可与多可与多种分子复合种分子复合,使表面功能化。使表面功能化。
11、v如果磁性表面镶嵌具有生物活性专一性抗如果磁性表面镶嵌具有生物活性专一性抗体体,在外加磁场的作用下在外加磁场的作用下,利用抗原抗体的利用抗原抗体的特异性结合特异性结合,就可以得到免疫磁性颗粒就可以得到免疫磁性颗粒,利利用它们可快速有效的将细胞分离或进行免用它们可快速有效的将细胞分离或进行免疫分析。疫分析。v具有特异性高具有特异性高,分离快分离快,重现性好等特点。重现性好等特点。6、对蛋白酶的吸附及固定化对蛋白酶的吸附及固定化v酶具有酶具有-COOH-COOH、-OH-OH、-NH2-NH2 等活性等活性官能团官能团,可通过物理吸附、交联、共可通过物理吸附、交联、共价偶合、包埋、鳌合等方式和磁性
12、微价偶合、包埋、鳌合等方式和磁性微球结合。球结合。v具体实施法有吸附交联法、共价结合、具体实施法有吸附交联法、共价结合、过渡金属与酶的螯合、包埋法和共价过渡金属与酶的螯合、包埋法和共价键偶合法等。键偶合法等。磁性纳米颗粒固定化酶的优点磁性纳米颗粒固定化酶的优点v能提高酶的生物兼容性和免疫活性、亲能提高酶的生物兼容性和免疫活性、亲疏水性和稳定性疏水性和稳定性;v易于将酶与底物或产物分离、操作简单易于将酶与底物或产物分离、操作简单易行易行;v可利用外部磁场控制磁性材料固定化酶可利用外部磁场控制磁性材料固定化酶的运动方式和方向的运动方式和方向,提高固定化酶的催提高固定化酶的催化效率化效率Thank you!
