多功能磁性纳米材料合成、表征及在生物检验和催化反应之应用

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1、多功能磁性纳米材料合成、表征及在生物检验和催化反应之应用第一章绪论1.1引言磁性是物质对磁场的响应作用，是物质的基本属性之一。任何物质都会被磁场影响，即都具有某种程度的磁性。一般而言，物质的磁性可以分为抗磁性（如惰性气体)、顺磁性（如碱金属）、铁磁性（如铁、钴、镍)、反铁磁性（如铬、猛）和亚铁磁性（如磁铁矿、铁氧体)，物质受温度、压强、外加磁场等因素影响而表现不同的磁性。早在公元前4世纪，磁性就开始有文字记载，磁性的研究是一门历史悠久的学科。自1990年第一届国际纳米科技会议在美国巴尔的摩召开以来，纳米技术引起了世人的极大兴趣和关注。纳米材料一般指尺度在1-100　　多功能磁性纳米材

2、料合成、表征及在生物检验和催化反应之应用第一章绪论1.1引言磁性是物质对磁场的响应作用，是物质的基本属性之一。任何物质都会被磁场影响，即都具有某种程度的磁性。一般而言，物质的磁性可以分为抗磁性（如惰性气体)、顺磁性（如碱金属）、铁磁性（如铁、钴、镍)、反铁磁性（如铬、猛）和亚铁磁性（如磁铁矿、铁氧体)，物质受温度、压强、外加磁场等因素影响而表现不同的磁性。早在公元前4世纪，磁性就开始有文字记载，磁性的研究是一门历史悠久的学科。自1990年第一届国际纳米科技会议在美国巴尔的摩召开以来，纳米技术引起了世人的极大兴趣和关注。纳米材料一般指尺度在1-100rnn的颗粒子状、线状、片状等材料，

3、由于其具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，导致其化学反应、吸附、分散与聚集等能力异于大块宏观材料。随着纳米科技迅猛发展，各种纳米材料层出不穷，磁性纳米材料兼具磁学性质和纳米材料本身特异性，使其在生物医学检测和催化反应等领域的研究和应用日新月异，成为材料发展史上的后起之秀。..1.2磁性纳米材料纳米材料本身具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子險道效应等，[1]，其磁学性质不但有别于块体材料，而且相互之间也存在差异，导致其在光学、磁学和物理化学等方面表现出一系列独特的性质。从材料利用角度出发，磁性纳米粒子本身特有的磁学性质可通过如下参数描述：饱和磁化强

4、度是指外加磁场中磁性材料被磁化后能达到的最大磁化强度，作为评价磁性材料磁响应性的重要指标，与磁响应性成正相关关系。如图1.1所示，磁性纳米材料的磁感应强度随外加磁场强度增强而增强，直至一稳定数值，即饱和磁化强度。材料在铁磁体和顺磁体之间转变的温度称为居里温度，也称居里点或磁性转变点，是物质磁学性质重要参数之一。低于居里点温度时物质具有铁磁性，此时与材料相关的磁场不容易改变；高于居里点温度时物质具有顺磁性，磁体的磁场很容易受周围磁场影响。小尺寸效应和表面效应导致磁性纳米材料的磁性发生变化，因此居里温度较低。[2]当铁磁体和亚铁磁体尺寸小至纳米级别，在热扰动（thermalagitati

5、on)作用下，表现出超顺磁性。铁磁体在高于居里温度时都存在顺磁效应，而居里温度随着粒径的减小而降低，小于临界尺寸时即表现超顺磁性。此外，超顺磁性和铁磁性也可以通过温度改变来转换，如100nm左右的磁性纳米粒子在300K温度表现为超顺磁性，而在2K时表现为铁磁性。不同种类磁性纳米粒子的超顺磁临界尺寸各异，如Fe304、a-Fe和a-Fe203的临界尺寸分别为16nm、511111和2011111。[3]在磁滞回线图中（图1.1b)，确定外加磁场作用使超顺磁性材料有确定的磁化强度直至饱和，且磁滞回线过原点，剩磁（M,纵轴截距）和矫顽力（H，横轴截距）都为零，即没有磁滞现象。外加磁场诱导产

6、生较弱磁矩，磁矩方向趋于相同，且随外加磁场强度增强而增强直至饱和。宏观表现为在外加磁场作用下超顺磁性材料会被磁化，呈现出较大磁化率的磁性，从而易被聚集；一旦磁场撤除，磁矩消失，磁性丧失。..第二章Au-Fe304多功能磁性纳米探针的合成及对癌细胞的多模式成像和超灵敏检测2.1引言与传统单模式纳米材料相比，其可以选择性紀向结合癌细胞，随后运用各种检测技术对其检测或造影，从而为癌症早期诊断和治疗提供更精确的多方位信息。[1_7]此外，具有催化活性和光学响应的多功能纳米粒子可以对有限的癌细胞提供定量信息，从而在癌症早期阶段准确地量化检测癌细胞。而兼具这些功能的纳米复合材料很少被报道，因此，

7、对这类材料的设计合成极为重要。随着纳米技术的发展，纳米材料在疾病诊断及治疗方面展现出了广阔的应用前景。在众多的纳米材料中，超顺磁性纳米粒子，以其在磁共振成像表现出的独特造影功能，表面易修饰性，良好的生物相容性等性质，在生物应用方面展现出了巨大的应用价值，是生物医学领域实际应用极为成功的纳米材料之一。[M，6]随着多模式成像研究的不断深入，偶联焚光分子的磁性纳米粒子日益彰显了出巨大的应用潜力。最近研究表明，组成结构新颖的Au-Fe304纳米粒子具有特殊的磁学