磁性納米粒子/磁性納米顆粒在生物醫學方面的應用 二
磁性納米粒子的應用
磁性納米粒子在生物醫學方面的應用主要分為兩大類：體外應用主要包括分離純化、磁性轉染、免疫分析、催化、Magnetorelaxometry、固相萃取等。體內應用可大致分為治療和診斷兩類，治療方面的應用如熱療和磁靶向藥物，診斷方面的應用如核磁共振成像（Nuclear
Magentic Resonance, NMR）。
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體外應用：
生物分離和純化是生物和醫藥技術中最重要的技術之一。這也是磁性粒子應用中最具成果的一種。磁性分離方法具有高效、簡單、快速的優點。磁性粒子可用于蛋白質、核酸等生物分子和細胞的分離，核酸的分離純化是用納米級的磁性粒子。
在生物分離上，磁性納米粒子體積小、表面積大，具有分散性好，可快速有效的結合生物分子，并且這種結合是可逆的，另外絮團形成可以被控制，因而使用磁性納米粒子進行分離優于使用微米級樹脂和珠子的傳統方法。大多數分離用的磁性納米粒子是超順磁的
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在無外加磁場時，粒子無磁性，均勻懸浮在溶液中，而當使用外加磁場時，粒子具有磁性可被磁分離。磁性納米粒子表面連接的具有生物活性的吸附劑或其他配體等活性物質可與特定生物分子或細胞特異性結合，在外加磁場作用下分離。磁性分離方法基本只包括2個步驟：1.
用磁性納米粒子標記目標分子或細胞；2.
通過磁分離裝置分離出目標分子或細胞。利用磁性納米粒子分離的例子之一是把特異性抗體與磁性納米粒子結合，可將磁性納米粒子連接在特定細胞上，外加磁場即可快速將結合磁性納米粒子的細胞分離或進行免疫分析。這樣的方法特異性高、分離迅速、重現性好。又如，將葡萄糖-DEAE包裹在磁性納米粒子表面，利用帶正電荷的DEAE與帶負電荷的核酸之間的電荷吸附作用，通過離子交換，在細菌裂解上清中提純質粒。
磁性轉染（magnetofection）是將結合有載體DNA的磁性納米粒子在外界磁場影響下轉染到細胞內的方法。用于磁性轉染的磁性粒子多用多聚陽離子、多聚氮雜環丙烷進行表面修飾。由于它們帶有陽性電荷，易于與帶有陰性電荷的DNA結合，與利用病毒或非病毒載體的轉染相比，轉染效率提高幾十到幾千倍。磁性轉染還具有轉基因表達提高，使用極低劑量的載體既可獲得高轉染率和高轉基因表達，使用方法簡單等優點。磁性轉染方法已成功用于多種類型的貼壁細胞及少數懸浮細胞，包括難以用常規方法轉染的原代細胞、腫瘤細胞等。德國Chemicell公司生產的MagnetofectionTM磁性轉染試劑被很多世界頂級的實驗室選用，并有多篇文章發表。
免疫分析是現代生物分析技術中重要的一種方法，利用它可對蛋白質、抗原、抗體及細胞進行定量分析。例如在免疫檢測中，經常用一些具有特殊物理化學性質的標記物如放射性同位素、酶、膠體金和有機熒光染料分子等對抗體（或抗原）進行偶聯標記，在抗原、抗體識別后，通過對標記物的定性或定量檢測而達到對抗原（或抗體）檢測的目的。由于磁性納米粒子具有超順磁性，為樣品的分離、富集和提純提供了很大方便，在免疫檢測方面受到廣泛關注。
近年來，用磁性納米粒子支持催化劑被廣泛用來改善催化不均一的問題。磁性分離使在液相反應中回收催化劑比用橫流式過濾和離心方法更容易，特別是催化劑在亞微米級范圍內時。如此小并且可被磁性分離的催化劑兼具高分散性和反應性及易分離的優點。在回收利用昂貴的催化劑或配體方面，用磁性納米粒子固定這些活性物質使得在準同質系統中分離催化劑變得簡單。
近年來出現的將催化位點移植到磁性納米粒子上進行不同類型的過渡金屬催化的反應包括碳-碳交聯反應、烯烴醛化反應、氫化作用、聚合反應等。已報道的磁性納米粒子支持的催化劑包括酶、水解酯的氨基酸、促進Knoevenagel反應和相關反應的有機胺催化劑等。
Magnetorelaxometry（MRX）技術檢測磁粘度
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移除磁場后磁性納米粒子系統的凈磁矩。有2種不同的弛豫機制：尼爾弛豫和布朗弛豫，這兩種機制的區別在于弛豫時間不同。另外，布朗弛豫只在液體中發生，然而尼爾弛豫不依賴于納米粒子的分散性。Magnetorelaxometry由核大小、水合直徑和各向異性決定的現象使得這個技術可以用于根據游離的和結合的結合物磁性行為不同區分其狀態是游離的還是結合的，因此這個技術可作為評估免疫檢測的分析工具。
Magnetorelaxometry最初被用來評估免疫檢測，它可以用于體外或體內研究。Magnetorelaxometry可定量分析磁性納米粒子在器官或整個動物體內的分布，由于此方法是非侵入性的，因而可長期監測動物，例如監測磁標記的干細胞，另一個例子是癌癥診斷。近年來出現的使用功能化的磁性納米粒子的磁弛豫免疫分析（Magnetic
Relaxation Immunoassay,
MARIA）基于這個物理學方法。磁弛豫免疫分析技術的優點是：結合的粒子和游離的粒子產生不同信號，與傳統方法不同，不需洗滌步驟；不需要標記物；每個檢測的時間極短，因而可用于高通量實驗；由于磁弛豫可在不透光的介質中被檢測，因而也可用于體內實驗；磁性納米粒子與基于用高靈敏度的磁場傳感器如SQUID(Superconductive
Quantum Interference
Device)檢測磁弛豫的技術結合，可獲得高靈敏度。在這個應用上，與分離純化同理，也是納米級的粒子優于微米級的粒子。
目前，固相萃取（Solid-Phase
Extraction,
SPE）作為從樣品中分離和預濃縮目標成分受到很多關注。固相萃取是從環境樣品中檢測痕量污染物的常規方法。近來，納米級顆粒在樣品提取方面的應用獲得快速和長足的發展。固相萃取與傳統的樣品富集方法（如液相抽提）相比，是很好的替代方法。當從大體積樣品中分離和預濃縮目標成分時，使用標準純化柱的固相萃取方法非常費時。因而使用磁性或可磁化的吸附劑的磁性固相萃取（Magnetic
Solid-Phase
Extractin,MSPE）越發重要。在這個過程中，在含有目標成分的溶液或懸浮液中加入磁性吸附劑。然后，利用合適的磁分離裝置，將吸附了目標成分的磁性吸附劑回收。
在環境科學方面，近年來進行了用磁性納米粒子去除有機和無機污染物的研究，并且用它們去除地下水、土壤和空氣中污染物的實驗已在實驗室和實地規模上使用。高濃度的有機污染物大多為染料。織染工廠、顏料工廠、制革廠等的廢水中均含有染料。用磁性納米粒子替代昂貴或低效的吸附劑可成為一種好的平臺，但這仍需要更多的研究。去除無機污染物的一個主要方面是去除金屬毒素。磁性納米粒子作為從復雜基質中去除金屬毒素的吸著劑具有高容量和高效率的優點，由于體積小，表面積大，比微米級吸著劑更好。這些發現有助于設計更好的從廢水中去除或回收金屬離子的吸附處理計劃。另外，還可利用功能化的磁性納米粒子對環境樣品中細菌、真菌等微生物進行分離和檢測。
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焦點事件
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技術原理
