磁性纳米颗粒在生物医学领域中的应用 2.doc

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磁性纳米颗粒在生物医学领域中的应用 摘 要 磁性纳米颗粒作为一种新型纳米材料,在许多领域,特别是在生物医药、生物工程等方面具有广阔的应用前景。本文着重论述了近年来磁性纳米颗粒在生物分离、靶向给药、热疗以及磁共振成像对比剂等方面的应用,并对其应用前景进行了展望。 关键词 磁性纳米颗粒 磁分离 靶向给药 热疗 磁共振成像 随着纳米技术的快速发展,纳米材料特别是磁性纳米颗粒在生物医学领域引起了人们极大的研究兴趣 。磁性纳米颗粒为生命科学和生物技术提供了多种可能,这主要是由于以下几方面:首先,磁性纳米颗粒的尺寸从几个纳米到几十个纳米均具有良好的可控性,与细胞、病毒、蛋白质和基因相比,粒径较小或相当。这就意味着它们能够靠近我们感兴趣的生物实体,事实上,它们能够被生物分子修饰以致与生物实体相结合,从而提供了一种可控的标记方法。第二,磁性纳米微粒的磁性遵从库仑定律,能够通过外加磁场来控制。这种“远距离作用”与磁场对人体组织的固有穿透性相结合,从而可开展包含磁性纳米粒子和磁性标记的生物体的运输、固定等许多方面的应用,它们可用于传送“包裹”,例如抗癌药、放射性原子等,到特定的的靶区,如癌症部位 。在大多数的理想应用中,当磁性纳米微粒的大小低于某个临界值时,会处于最佳状态,此临界值主要依赖于材料自身的特性。典型的磁性纳米颗粒为10~20nm ,此时纳米微粒为单磁畴,在阻断温度以下,它们呈现超顺磁性。这种超顺磁性的纳米微粒具有大的磁矩常量,可忽略剩磁和矫顽力,能够像大的顺磁性原子一样对应用的磁场做出快速的响应。此外,在室温下可忽略超顺磁性纳米微粒的团聚。这些特性为其在生物医学领域的广泛应用奠定了良好的基础。第三,磁性纳米微粒能够对磁场的周期性变化产生响应,从激励场获得能量,由此微粒能够被加热,从而可用于热疗,传输大量的热能到靶区,如肿瘤。实际上,磁性纳米微粒也可作为化疗或放射性治疗的增强剂,因为组织被适度的加热能够更有效地破坏恶性肿瘤细胞。本文主要综述了磁性纳米微粒在生物分离、靶向给药、热疗及磁共振成像(MRI) 对比剂等方面的应用,并对其在生物医学领域的应用前景进行了展望。 1  生物分离 在生物医学领域,为了分析检测或其它的应用,通常需要将被研究的生物实体与其所在的环境分离开。应用具有生物相容性的磁性纳米粒子的磁分离技术是达到该要求的一种方法。该技术是指利用功能化磁性纳米粒子的表面配体(或受体) 与受体(或配体) 之间的特异性相互作用(如抗原2抗体和亲和素2生物素等) 来实现对靶向生物目标的快速分离。传统的分离技术主要采用离心法,利用密度梯度原理进行分离,时间长、效果差,而磁分离技术具有快速、简便的特点,能够高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。目前,使用最多的磁性纳米粒子是具有超顺磁性的,即在外加磁场下它们能够被磁化,然而一旦磁铁被移除,它们将立即重新分散于溶液中。通常磁分离技术主要包括以下两个步骤: (1)将要研究的生物实体标记于磁性材料上; (2) 利用磁性液体分离设备将被标记的生物实体分离出来。目前,磁分离方法已经拓展到对细胞、蛋白质和核酸(DNA ,RNA) 等多种生物物质的分离和纯化。细胞分离在临床、生物工程以及食品卫生等领域都具有非常重要的意义 。与传统的细胞分离方法相比,利用磁性纳米微粒进行细胞分离具有以下优点 :可以直接从原样例如血样、骨髓、组织匀浆或培养介质中将目标细胞分离出来;在静磁场下,样品中的离子或带电溶质不会受到干扰;磁分离细胞的结合和洗涤过程较温和,不像离心或过滤等方法需要很大的剪切力,故不会对细胞产生破坏;此外,当需要分离大量的活细胞时,磁分离技术更易操作。对细胞进行磁分离主要有两种方式:一种是直接从细胞的混合液中分离出靶细胞,称正相分离或正相选择,另一种则是利用磁性微球除去无关的细胞,使靶细胞富集、纯化,称为负相分离或负相选择。一些研究员首先把聚乙二醇(PEG) 和叶酸(FA) 极好地连接在一起,然后共价结合于磁性纳米微粒上。与单一的PEG改性的纳米微粒相比,经PEG2FA 改性的纳米微粒对乳腺癌BT20 细胞的捕获量约为前者的5 倍。当磁性纳米粒子被蛋白质或右旋糖苷改性时 ,被包覆的蛋白质或右旋糖苷作为磁性纳米粒子与细胞膜的连接媒介,使得磁性纳米颗粒仅粘附于细胞的外表面,从而可保持细胞的活性。 传统蛋白质分离方法,如有机溶剂沉淀法、盐析、膜分离技术和层析技术等,一般都是通过改变溶液的介电常数、pH、温度或者离子强度等因素来达到分离的目的,操作过程繁琐、耗能、对目标蛋白质的损失较大。近年来,采用磁性纳米粒子结合传统的分离纯化方法进行蛋白质分离的报道越来越多。选用葡聚糖包覆的超顺磁性Fe3O4 纳米粒子,通过葡聚糖表面的醛基化实现与抗体的偶联,制得Fe3O4P葡聚糖P抗体磁性纳米生物探

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