摘 要：纳米Fe3O4具有良好的比表面积、超顺磁等特点而得到科学工作者广泛的关注。简述了纳米Fe3O4的制备方法，综述了其在生物医学领域的研究进展，对其发展前景做出了展望。

关 键 词：纳米Fe3O4；制备；生物医学；应用进展

中图分类号：Q64；R318.08 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）08-1950-03

Abstract： Nano Fe3O4 has been widely concerned by scientists because of its excellent surface area and super paramagnetic characteristics. In this paper， preparation methods of nano Fe3O4 were introduced， and its research progress in biomedical field was reviewed.

Key words： nano Fe3O4； preparation； biomedical science； application

随着纳米技术的成熟和发展，磁性纳米Fe3O4因具有超顺磁性、生物相容性等特点被研究者应用于生物医学领域，磁性液体、催化剂载体、微波吸波材料、磁记录材料等领域[1]，无论是作为药物载体、肿瘤治疗、抗菌材料、生物传感器还是口腔医学，它均显示出良好的性能，但同时也存在一定的问题。本文简单介绍了纳米Fe3O4的制备，重点综述了其在生物医学领域的应用，提出了在其应用中存在的问题，并对其应用前景做出展望。

1 纳米Fe3O4 制备方法简述

纳米Fe3O4的制备可以采用物理法或化学法[2，3]。物理法通常使用冷凝、粉碎、球磨等物理变化过程得到产品，但因无法制出高纯度、粒径均一、颗粒极小的产物，而在工业生产和试验中很少被使用；

化学法主要包括共沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水解法、水热法等，是指采用化学方法而得到的纳米粒子，有操作简单、成本低廉、粒径小等优点，被人们广泛应用于科研、生产制取高质量的纳米粒子中。

共沉淀法是向含有Fe2+和Fe3+的溶液中，加入适当的沉淀剂（如NH3·H2O、NaOH等），使Fe2+和Fe3+均匀沉淀或结晶出来，再采用脱水、干燥等方法进行处理而得到Fe3O4纳米颗粒；溶胶-凝胶法是先用无机物或金属醇盐的水解和聚合而制备出金属氧化物或氢氧化物的均匀溶胶，再陈化、聚合生成三维空间的凝胶，凝胶被干燥、热处理可得到氧化物纳米颗粒；微乳液法[4]是在表面活性剂的作用下，形成油包水型或水包油型微乳液，可防止颗粒之间的不断团聚，最终得到具有窄的粒度分布、规则的形状、分散性能好的纳米颗粒。水热法是将水作为反应介质，在高温高压的反应釜内反应而得到纳米离子。

归纳Fe3O4纳米颗粒制备的机理，可分为两种技术，并且已经发展的很成熟。一种是用二价和三价铁盐直接进行反应而制得Fe3O4纳米颗粒；另一种是将三价铁盐转化为Fe（OH）3，再通过烘干、灼烧等方法得到磁性Fe3O4纳米颗粒。

2 纳米Fe3O4在生物医学方面的应用

2.1 磁性靶向给药

将治疗量的药物和无毒性的磁性Fe3O4制成复合微球，在体外磁场的引导下使微球到达病变部位，减少药物在胃、肝、肾、肠等消化系统的代谢消耗及毒副作用，从而使药物在病变部位的有效浓度提高，治疗指数升高[5-8]。

徐鹏等[9]以PLA为壁材，选用超声乳化与W1/O/W2复乳化相结合的方法合成了囊壁载有油溶性纳米Fe3O4粒子的磁性中空PLA微囊。实验证明，该微囊不仅具有良好的磁响应性，而且复溶性也较好，可应用于靶向给药体系。

任杰等[10]用丙交酯和聚乙二醇在辛酸亚锡催化下生成PLA-PEG共聚物，与经硅烷偶联等改性的Fe3O4制备出磁性复合微球。实验表明，微球粒径150 nm，磁粉干重0.5%～1.7%，具有磁响应性，通过KH-570改性制备的微球具有更好的性能。

张杰等[11]用纳米Fe3O4颗粒与PLA-AZM-MS制备出聚乳酸/纳米Fe3O4载阿奇霉素复合微球（PLA/Fe3O4-AZM-MS），用TEM、XRD、SEM对复合微球的粒径及形态进行分析。结果显示，微球表面圆滑，粒径分布均匀，平均100μm。体外释药性试验证明，微球具有明显的药物缓控释作用，纳米材料的加入不仅可以很好的控制微球粒徑，还可以提高平均载药量（平均载药量达0.042 1 mg·mg-1，载药率为6.69%，），微球中阿奇霉素的释放持续时间延长并具有靶向性。

马喜峰等[12]采用溶剂挥发法，以一定量的聚乳酸（PLA）、阿奇霉素（AZM）、纳米Fe3O4制备出PLA/Fe3O4-AZM-MS微球，实验证明，纳米Fe3O4的加入使微球载药量达7.24%，具有明显的药物缓控释及靶向作用，药效缓和而持久。

2.2 生物分离与纯化

磁性纳米Fe3O4具有可控尺寸、磁响应性、生物相容性及可控分离等优良的特点，使其广泛地应用于蛋白质分离、固定化酶、核酸分离、细胞分离等领域[13-15]。

2.2.1 蛋白质分离

应用磁性纳米Fe3O4分离蛋白质的基本原理是，将接有活性配基的磁性Fe3O4作为载体与含有待分离蛋白质溶液相混合，活性配基与目标蛋白质结合，当处于磁场环境中，待分离蛋白质得以分离。

高凡[16]采用高温热分解有机前躯体法制备出高质量的Fe3O4纳米颗粒（MNPs），将多巴胺（DA）包覆到MNP表面后得到具有功能性的MNP-DA纳米颗粒，利用MNP-DA纳米颗粒分离红色荧光的BSA-Au纳米晶，再利用Nα，Nα-2（羧甲基）-L-赖氨酸水合物（ NTA ）近一步对MNP-DA功能化制备出MNP-NTA纳米颗粒，将其与Ni2+螯合成的MNP-NTA（Ni2+）螯合物用于可逆分离水溶液中的组氨酸标记的蛋白质（F-His-protein）。试验结果显示，MNPs纳米颗粒形貌和粒径均一，结晶度高，磁学性能好，在低温环境（5 K）中表现为铁磁性，在常温下表现出很好的超顺磁特性，而且洁净的颗粒表面有利于表面修饰；MNP-DA 纳米颗粒在水溶液中具有很好的单分散性，并且可以稳定存在 80 d以上，颗粒的水溶性和稳定性显著提高；MNP-DA 纳米颗粒表面的苯邻二酚基团可以与蛋白质上的氨基和巯基反应，所以利用 MNP-DA 纳米颗粒可以很便捷地将 BSA-Au 纳米晶从BSA-A与荧光素钠的混合液中分离出来，说明 MNP-DA 可直接用于蛋白质磁分离。

刘珊珊等[17]用MPS对自制的纳米Fe3O4进行改性，所得产物（Fe3O4-SH）可以吸附Ni2+而形成Fe3O4-SH-Ni2+复合体。实验证明，Fe3O4-SH- Ni2+可以纯化在细胞裂解液中作标签的以组氨酸为标签的（His-tagged）融合蛋白，并且在磁场作用下能迅速分离。

2.2.2 固定化酶

固定化酶是指将酶经过适当的方法进行处理，使之不溶于水但仍具有酶活性而且可以多次使用。

许丽君[18]采用以共沉淀法制得的纳米Fe3O4作为载体固定葡萄糖氧化酶（GOD）。通过比色法测定酶活力，葡萄糖氧化酶被固定化后，与游离酶相比，酶活性显著升高。

杨剑冰[19]将邻苯二酚壳聚糖（CCS）包裹在纳米Fe3O4（IONPs）表面上得 （ CCS-IONPs ），用来共固GOD。实验表明，IONPs对GOD的挂载量高达402.82 mg·g-1，活力回收率达85.34%，重复使用多次后，仍能保持40%的活力。

2.2.3 核酸分离

以二氧化硅等材料包覆的具有生物相容性和高饱和磁场强度的磁性微球被用来提取核酸，其基本原理是，在高盐条件下，核酸分子被吸附并与二氧化硅表层的硅羟基发生作用而吸附在磁性微球的表面，经洗涤后在低盐条件下解吸附出来，从而实现核酸的分离。这样的微球有亲水的磁性聚合物微球[20]、磁性胶束[21]、表面抗生蛋白链菌素修饰的磁性微球[22]等，也有许多其他类型的磁性微球被用来提取核酸，与传统方法相比，磁性分离更加有效、快速[15]。

2.2.4 细胞分离

应用磁性纳米Fe3O4分离细胞的基本原理是，将接有活性亲和配体的磁性Fe3O4作为载体与目标细胞相混合，活性亲和配体将与目标细胞相结合，在外加磁场的作用下，采用正向选择（直接获得需要细胞）或负向选择（将不需要的细胞除去）实现目标细胞的磁性分离[15，23]。

2.3 肿瘤热疗

肿瘤热疗是将磁性Fe3O4注入肿瘤部位，在足够强度的交变磁场中产热，因正常组织具有调节功能而不受影响，但肿瘤组织内血管形态异常、易形成血栓或栓塞，易导致散热不良而使肿瘤细胞死亡。

刘爱红等[24]采用共沉淀结合水热处理制备了碳纳米管/四氧化三铁（CNTs/Fe3O4）热种子材料，以作微波肿瘤靶向热治疗用。实验表明，所制的CNTs/Fe3O4复合物和纯Fe3O4的超顺磁性相似， CNTs的质量分数是10%时，它的比饱和磁化强度为64.53 emu/g，矫顽力为14.03 Oe，能实现CNTs在磁场中的定向；CNTs的质量分数是4%时，CNTs/Fe3O4复合材料的吸收峰在2.2 GHz附近，反射率达-19 dB，频宽为1G左右。CNTs/Fe3O4复合材料可作为热种子材料应用于肿瘤热疗。

袁子龙等[25]用环糊精对纳米Fe3O4磁流体进行改性，在交变磁场下加热。实验表明，磁流体最高温度均超过41 ℃，最高则达53 ℃，而实际医学应用中需要温度为41～46 ℃即可，环糊精改性的磁流体有良好的热效应、可控温性、稳定性和饱和磁化强度（超过最低检测限度1 emu·g-1），可在生物医学中用于磁热疗。

2.4 磁共振成像

因Fe3O4纳米粒易发生团聚、沉淀，用葡聚糖对Fe3O4纳米颗粒的表面进行修饰，则可得到亲水性、悬浮稳定性、生物相容性良好的造影剂，可显著增加对比成像效果。

刘国华等[26]采用共沉淀法制备了Fe3O4纳米粒，并用葡聚糖对其进行包被，然后由耳缘静脉对家兔注射样品溶液。动态激光粒度仪检测表明样品总体平均粒径为33 nm，小于超顺磁性氧化铁颗粒（USPIO）的最大直径50 nm，经振动样品磁强计检测，样品在外加磁场时磁响应性良好，其饱和磁化强度为48.1 emu·g-1，高于磁共振成像对比剂要求的最低强度标准。

张霖倩等[27]以油酸钠和葡聚糖两次包覆、共沉淀制备了Fe3O4，然后与靶向多肽交联葡聚糖，最后进行了肿瘤细胞结合实验和荷瘤动物磁共振成像实验。实验表明，颗粒粒徑20～30 nm，表现出超顺磁性，造影剂在体内血浆半衰期为6.2 h，与无靶的比较，肿瘤细胞的特异性结合能力提高了10到30倍，而磁共振成像的信号密度是无靶的3.68倍。

3 结 语

因Fe3O4纳米颗粒廉价且具有很好的磁响应性，其与生物医学的结合，使得在生物医学领域有着广阔的应用前景。虽然人们在Fe3O4纳米颗粒的单一性能如磁响应性、生物相容性等方面取得了极大的成果，但如何优化综合性能，得到不同粒径、不同磁响应强度，使生物相容性更加广泛而适用于更多的生物体，并且完善相关理论机制，进行应用临床试验，统一和规范研究方法等方面仍然需要人们不断的努力，相信在不久的将来，随着生物医学工作者和纳米材料工作者不断的合作和创新，Fe3O4纳米技术将为造福人类做出更大的贡献。

参考文献：

[1] 李成魁，祁红璋，严彪. 磁性纳米四氧化三铁颗粒的化学制备及应用进展[J]. 上海金属，2009，31（4）：54-58.

[2] 薛群基，徐康. 纳米化学[J]. 化学进展，2000，12（4）：431-442.

[3] 徐如人，庞文琴. 无机合成与制备化学[M]. 北京：高等教育出版社，2001：523-542.

[4] 康路，胡平，杨军. 磁性纳米四氧化三铁在生物医学中的应用[J].材料导报，2015，29（11）：132-144.

[5] 王佩，李玉珍. 新大环内酯类抗生素-阿奇霉素[J]. 中国新药志，1996，5（3）：180-183.

[6] Hanes J，Cleland L.New Advances in Microsphere—based Single—dose Vaccines[J]. Advanced Drug Delivery Reviews， 1998， 28： 97-119.

[7] 杨晓春，张强，吴霖. 我国药剂学靶向制剂研究的基本思路[J].中国药学杂志，2001，36（12）：795-799.

[8] 马喜峰，郭红，李斌. 聚乳酸的合成和应用[J]. 精细与专用化学品，2014，22（2）：13-15.

[9] 徐鹏，陈懿玺，唐进根，等. 载Fe3O4纳米粒子磁性PlA微囊的制备[J]. 南京林业大学学报（自然科学版），2015，39（4）：101-104.

[10] 任杰，洪海燕. 2005年上海市颗粒学会年会论文集[C]. 上海：上海钢铁研究所，2005.

[11] 张杰，杨静，甄卫军. 聚乳酸/Fe3O4载阿奇霉素微球的制备及其体外释药特性的研究[J]. 精细石油化工进展，2012，13（1）：51-54.

[12] 马喜峰，汤春妮，李斌. 聚乳酸/纳米四氧化三铁载阿奇霉素缓释剂的制备及性能研究[J]. 化学与生物工程，2014（2）：35-37.

[13] Zhao ZL，Bian ZY， Chen LX，He XW， Wang YF. Synthesis and surface-modifications of iron oxide magnetic nanoparticles and applications on separation and analysis[J]. Progess in Chemistry. 2006，18（10）： 1288-1297.

[14] Gupta AK， Gupta M. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications[J]. Biomaterials， 2005， 26 （18）： 3995-4021.

[15] 邰玉蕾. 四氧化三鐵基磁性聚合物的合成、表征及应用研究[D].杭州：浙江大学，2013.

[16] 高凡. 超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的制备、功能化以及在蛋白质分离方面的应用[D]. 青岛：中国海洋大学，2014.

[17] 刘珊珊，邹雪艳，郭静玉，等. 巯基功能化磁性微球的构建及其对蛋白质的亲和分离[J]. 化学研究，2015，26（5）：534-539.

[18] 许丽君. 固定化葡萄糖氧化酶的制备及稳定性研究[J]. 化学教育，2015（2）：33-38.

[19] 杨剑冰. 磁性纳米颗粒介导的蛋白纯化与固定化新方法[D]. 上海：华东理工大学，2015.

[20] Kivoa J， Panova A， Rittich B， Hordk D. Magnetic hydrophilic methacrylate-based polymer microspheres for genomic DNA isolation[J]. Journal of Chromatography A.， 2005，1064（2）：247-253.

[21] Abdelhamid E. Magnetic latex particles in nanobiotechnologies for biomedical diagnostic applications： State of the Art[J]. Macromolecular Symposia，2009， 281（1）： 14-19.

[22] Veyret R， Elaissari A， Marianneau P， Sail AA，Delair T. Magnetic colloids for the generic capture of viruses[J]. Analytical Biochemistry，2005，346（1）： 59-68.

[23] Li YG， Gao HS' Li WL， Xing JM， Liu HZ. In situ magnetic separation and immobilization of dibenzothiophene-desulfurizing bacteria[J]. Bioresour. Technology，2009， 100（21）： 5092-5096.

[24] 刘爱红，孙康宁，李爱民. 肿瘤热疗用CNTs/Fe3O4热种子复合材料的制备及表征[J]. 化工新型材料，2010，38（11）：43-45.

[25] 袁子龙，张伟，赵韦人. 热疗用磁流体的热磁稳定性研究[J]. 广东工业大学学报，2011，28（3）：62-65.

[26] 刘国华，陈燕明，赵韦人. 热疗用磁流体的热磁稳定性研究[J].广东工业大学学报，2011，28（3）：62-65.

[27] 张霖倩，吴秋芳，粟波，等. 肿瘤靶向纳米四氧化三铁造影剂的制备及其磁共振成像应用[J]. 材料科学与工程学报，2012，30（4）：497-502.