基于氧化铁纳米材料特性的生物分离和生物检测.pdf

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1、第38卷分析化学(FENXIHUAXUE)评述与进展第6期2010年6月ChineseJournalofAnalyticalChemistry902—908一与IjDOI：1O．3724／SP．J．1096．一2010．00902基于氧化铁纳米材料特性的生物分离和生物检测杜崇磊'杜伟汪冰丰伟悦王卓赵宇亮(烟台大学环境与材料工程学院，烟台264005)(中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室，北京100049)摘要氧化铁纳米粒子是一种新型的磁功能材料，被广泛应用于生物、材料以及环境等众多领域。本文介绍了超顺磁氧化铁纳米粒子的制备方法，比较了

2、各种方法的优缺点；评述了磁性氧化铁纳米粒子在细胞、蛋白质和核酸分离及生物检测中的应用，对多功能复合磁性氧化铁纳米粒子的构建，在生物医学领域中的应用具有的指导意义。关键词超顺磁性氧化铁纳米粒子；制备；生物分离；生物检测；评述1引言磁性纳米粒子是近年来发展起来的一种新型材料，因其具有独特的磁学特性，如超顺磁性和高矫顽力，在生物分离和检测领域展现了广阔的应用前景u。同时，因磁性氧化铁纳米粒子具有小尺寸效应、良好的磁导向性、生物相容性、生物降解性和活性功能基团等特点-4j，在核磁共振成像、靶向药物、酶的固定、免疫测定等生物医学领域表现出潜在的应用前

3、景。但由于其较高的比表面积，强烈的聚集倾向，所以通常对其表面进行修饰，降低粒子的表面，能得到分散性好、多功能的磁性纳米粒子。对磁性纳米粒子的表面进行特定修饰，如果在修饰后的粒子上引入靶向剂、药物分子、抗体、荧光素等多种生物分子，可以改善其分散稳定性和生物相容性，以实现特定的生物医学应用。此外，适当的表面修饰或表面功能化还可以调节磁性纳米粒子表面的反应活性，从而使其应用在细胞分离、蛋白质纯化、核酸分离和生物检测等领域。本文介绍了磁性氧化铁纳米粒子的制备方法，比较了各种制备方法的优缺点，并对其在生物分离及检测中应用的最新进展进行了评述。2磁性氧

4、化铁纳米粒子的合成方法磁性纳米粒子的制备是其应用的基础。目前已发展了多种合成和制备方法，如共沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法和微乳液法等，上述方法均可制备高分散、粒度分布均匀的纳米粒子，并能方便地对其表面进行化学修饰，这些方法的优点和缺点见表l。在这些合成方法当中，共沉淀法是水相合成氧化铁纳米粒子最常用的方法。该方法制备的磁性纳米颗粒具有粒径小，分散均匀，高度生物相容性等优点，但制得的颗粒存在形状不规则，结晶差等缺点。通过在反应体系中加入柠檬酸，可得到形状规则、分散性好的纳米粒子。利用这种方法合成的磁性纳米材料被广泛应用在生物化学及生物医学等

5、领域_9J。微乳液法制备纳米粒子，产物均匀、单分散，可长期保持稳定，通过控制胶束、结构、极性等，可望从分子规模来控制粒子的大小、结构、特异性等。微乳液合成的磁性纳米粒子仅溶于有机溶剂，其应用受到限制。通常需要在磁性纳米粒子的表面修饰上亲水分子，使其溶于水，从而能应用于生物、医学等领域。热分解法是有机相合成氧化铁纳米粒子最多也是最稳定的方法。利用热分解法制备的纳米Fe02009-09—18收稿；2009—12-12接受本文系国家自然科学基金项目(Nos．10975148，50802081，10905064)资助$E—mail：dw311@ye

6、ah．net：wangbing@ihep．ac．cn第6期杜崇磊等：基于氧化铁纳米材料特性的生物分离和生物检测903颗粒产物具有好的单分散性，且呈疏水性，可以长期稳定地分散于非极性有机溶剂中。该方法合成的氧化铁纳米粒子虽然具有粒径均一的特点，但必须在其表面偶联亲水性及生物相容性好的生物分子或制备成核壳结构，才可用于生物医学领域。表1磁性氧化铁纳米粒子的制备方法Table1Preparationmethodsofmagneticironoxidenanopa~icles~L~I-，绿色化学和生物方法合成氧化铁纳米粒子也备受关注J。磁性氧化铁纳

7、米粒子除具有的表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应等纳米粒子基本特性外，它同时还具有超顺磁特性、类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，因此在医学和生物技术领域中的应用引起了人们的广泛兴趣。3磁性氧化铁纳米材料在生物分离与生物检测的应用3．1磁性氧化铁纳米材料在生物分离的应用磁性氧化铁纳米粒子可以通过外界磁场来控制纳米粒子的磁性能，从而达到分离的目的，如细胞分离。、蛋白分离和核酸分离等。此外磁性氧化铁纳米粒子由于兼有纳米、磁学和类酶催化活性等性能，不仅能够实现被检测物的分离和富集，而且能够使检测信号放大，在生物分析领域也都具有很好的

8、应用前景。磁性纳米粒子(MNP)能够应用于这些领域主要基于它的表面化学修饰，包括非聚合物有机固定、聚合物有机固定、无机分子固定及靶向配体修饰等(图1)。纳米粒子表面功能化修饰是目