单分散超小尺寸氧化铁纳米粒子的制备及其磁共振性能研究

摘要

超顺磁性氧化铁纳米粒子具有特殊的的物理化学性质，在生物医学领域有着广泛的用途。磁性氧化铁纳米粒子作为磁共振成像对比剂已有20多年的研究历史。磁性氧化铁纳米粒子通过改变周围水溶液中氢质子的横向和纵向弛豫时间来改变磁共振成像信号，从而增强病灶和正常组织的成像对比度。磁共振成像对比剂的性能与对比剂的分散性、粒径、磁化强度等密切相关。因此，制备出单分散的、稳定的、粒径可控的超顺磁性纳米材料应用于磁共振成像领域具有重要意义。本文对单分散超小尺寸氧化铁纳米粒子的制备、表面修饰、水溶液性质及其磁共振性能进行了研究，具体的内容如下：
　　1.采用多元醇法，以三甘醇为溶剂，乙酰丙酮铁为原料，研究了乙酰丙酮铁的分解规律及原料浓度、反应温度对产物形貌的影响，制备出了2.5-7 nm不同粒径的Fe3O4纳米粒子。通过TEM、XRD、MPMS、FTIR等手段对产物的结构、形貌、表面性质及磁性能进行了表征。分析结果表明所得Fe3O4纳米粒子尺寸均匀，结晶性好，并且在室温时呈现出超顺磁性。
　　2.选用多聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠及柠檬酸钠作为表面修饰剂，制备了不同表面修饰的Fe3O4纳米粒子水相分散液。采用动态光散射仪和Zeta电位仪对其水溶液性质进行表征。结果表明经多聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、柠檬酸钠修饰后，Fe3O4纳米粒子在水溶液中的Zeta电位显著降低，可在超纯水及PBS缓冲溶液中形成稳定的胶体分散液。三种磷酸盐修饰的纳米粒子的长期稳定性均高于柠檬酸钠。
　　3.磁共振分析结果表明，Fe3O4纳米粒子的磁共振成像性能优异，并且与纳米粒子的尺寸、表面修饰及在水溶液中的分散状态相关。通过改变Fe3O4纳米粒子的尺寸及表面修饰可以优化其磁共振成像性能。随着Fe3O4纳米粒子尺寸的减小，r2/r1的比值减小。
　　4.采用多元醇法制备出了不同Zn掺杂比的锌铁氧体纳米粒子。磁性能测试表明，锌铁氧体在室温下均呈现出超顺磁性，且随着Zn掺杂比的增加，纳米粒子的饱和磁化强度逐渐减弱。经六偏磷酸钠修饰后，锌铁氧体纳米粒子可形成稳定的水基分散液。随着Zn掺杂比的减少，纳米粒子的纵向弛豫率不断加强。所以可以通过控制Zn、Fe的摩尔比制备出具有不同弛豫率的锌铁氧体纳米粒子水溶液，这为调控超顺磁性纳米粒子的驰豫性能提供了新的思路。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 磁性纳米材料

1.2.1 磁性纳米材料的性质

1.2.2 纳米磁性液体

1.3 Fe3O4纳米粒子

1.3.1 Fe3O4纳米粒子的制备

1.3.2 Fe3O4纳米粒子的表面修饰

1.3.3 Fe3O4纳米粒子的生物医学应用

1.4 磁共振成像技术

1.4.1 磁共振成像(MRI)造影剂原理

1.4.2 磁共振成像(MRI)造影剂的分类

1.4.3 超顺磁性氧化铁对比剂

1.4.4 MRI造影剂需要满足的条件

1.5 选题的目的及意义

第二章 Fe3O4纳米粒子的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验所用的主要仪器

2.2.2 实验所用的主要试剂

2.2.3 实验所用的表征手段

2.2.4 磁性Fe3O4纳米粒子的制备方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 278℃时制备出的Fe3O4纳米粒子的表征

2.3.2 温度为190℃下，回流时间对纳米粒子的影响

2.3.3 浓度对Fe3O4纳米粒子的影响

2.3.4 温度对反应产物的影响

2.4 本章小结

第三章 Fe3O4纳米粒子的表面修饰及水溶液性质研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验所用的主要仪器

3.2.2 实验所用的主要试剂

3.2.3 实验所用的表征手段

3.2.4 样品的修饰

3.3 结果与讨论

3.3.1 红外光谱分析

3.3.2 TEM表征分析

3.4 Fe3O4纳米粒子水溶液的稳定性及水合直径

3.4.1 Fe3O4纳米粒子水溶液的等电点

3.4.2 不同浓度的Fe3O4纳米粒子水溶液的水合直径及Zeta电势

3.4.3 不同温度制备的Fe3O4纳米粒子水溶液的水合直径及Zeta电势

3.4.4 修饰后的Fe3O4纳米粒子水溶液的稳定性

3.4.5 经修饰后的Fe3O4纳米粒子在PBS溶液中的稳定性

3.5 本章小结

第四章 Fe3O4纳米粒子的磁共振性能研究

4.1 引言

4.2 实验所用的主要试剂和仪器

4.3 样品中Fe浓度的标定

4.4 样品弛豫时间的测定

4.5 结果与讨论

4.5.1 T1、T2值结果与分析

4.5.2 样品的横向弛豫率r2和纵向弛豫率r1结果与分析

4.6 本章小结

第五章 锌铁氧体纳米粒子的制备及磁共振性能研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 试剂及仪器

5.2.2 锌铁氧体纳米粒子的制备及修饰

5.2.3 样品的表征

5.3 结果与讨论

5.3.1 ICP分析

5.3.2 XRD分析

5.3.3 磁性能分析

5.3.4 TEM表征

5.3.5 水合直径和稳定性

5.3.6 磁共振性能

5.4 本章小结

论文总结

尚需进一步研究的工作

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及参与项目