磁性材料在生物醫(yī)學領域的應用

1、磁性材料在生物醫(yī)學領域的應用,趙賓 2016.01.02,,,Catalogue,,1.磁性材料的簡要介紹,通常認為，磁性材料是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等能夠產生磁性的物質。實驗表明，任何物質在外磁場中都能夠或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。,指南針的鼻祖-司南,根據物質的磁化率，可以把物質的磁性分為五類：1、抗磁性，χ為甚小的負數（大約在-10-6量級），在磁場中受微弱的斥力，如金、銀 。2、順磁性，χ為正數（大約在

2、10-3~10-6量級）在磁場中受微弱的引力，如鉑、鈀、奧氏體不銹鋼。3、鐵磁性，χ為很大的正數，在較弱磁場作用下可以產生很大的磁化強度，如鐵、鈷、鎳。4、亞鐵磁性，χ處于鐵磁體與順磁體之間，即通常所說的磁鐵礦、鐵氧體等。 5、反鐵磁性， χ為小正數，高于某一溫度時其行為與順磁體相似，低于某一溫度磁化率與磁場的取向有關。,磁化率：物體在磁場中被磁化的程度與磁化場的強度有關，其關系為M= χ H，χ即為磁化率,,磁化來源：,鐵磁材料

3、內部往往有相鄰的幾百個分子電流圈流向一致，因此在這些極小的區(qū)域內就形成了一個個天然的磁性區(qū)域—磁疇。,鐵磁材料內部的磁疇排列雜亂無章，磁性相互抵消，因此對外不顯示磁性。,鐵磁材料之所以具有高導磁性，是因為在它們的內部具有一種特殊的物質結構—磁疇。,磁疇是怎么形成的？,磁疇因受外磁場作用而順著外磁場的方向發(fā)生歸順性重新排列，在內部形成一個很強的附加磁場。,（a）無外磁場情況,（b）有外磁場情況,,磁性表征：,1、磁化曲線2、磁滯回線,磁

4、化曲線是表示物質中的磁場強度H與所感應的磁感應強度B或磁化強度M之間的關系。,,磁滯回線表示磁場強度周期性變化時，磁性物質磁滯現象的閉合磁化曲線。它表明了強磁性物質反復磁化過程中磁化強度M或磁感應強度B與磁場強度H之間的關系。,H表示磁場強度,M表示磁化強度,磁性表征：,2、磁滯回線,矯頑力,剩余磁化強度,Wang X, Yu J. Application of Fe3O4/graphene oxide composite for th

5、e separation of Cs(I) and Sr(II) from aqueous solution[J]. Journal of Radioanalytical & Nuclear Chemistry, 2015, 303(1):807-813.,Jiao T, Liu Y, Wu Y, et al. Facile and Scalable Preparation of Graphene Oxide-Based Mag

6、netic Hybrids for Fast and Highly Efficient Removal of Organic Dyes[J]. Scientific Reports, 2015, 5.,宏觀圖片,,2、磁性材料在生物醫(yī)學領域中應用,1,在核磁共振成像（MRI）中的應用,在靶向給藥中的應用,在靶向熱療中的應用,2,3,,靶向給藥,生物導向-將特定的抗體結合在磁性載體表面，通過與腫瘤細胞表面的抗原性識別器發(fā)生特異性結合，使藥

7、物準確運送到腫瘤細胞中。,,物理導向———利用外加磁場，使磁性藥物載體在病變部位富集，減小正常組織的藥物暴露，降低毒副作用，提高藥物的療效。,靶向給藥,,磁性顆粒外部包裹著特有病毒的抗體，注射入人體進行檢測，一旦人體內存在這種病毒，他們將與磁性顆粒上的抗體結合形成大的顆粒團，然后通過磁共振成像就能發(fā)現病毒的位置。,在核磁共振成像（MRI）中的應用,在核磁共振成像（MRI）中的應用,,利用磁場導向作用,將磁性納米粒子經由腫瘤的供血動脈引到

8、腫瘤部位，然后在腫瘤周圍施加交變磁場，磁性納米粒子受到交變磁場的作用而產熱，從而起到熱療的作用。,在靶向熱療中的應用,,細胞培養(yǎng)本身就是細胞的克隆。通過細胞培養(yǎng)得到大量的細胞或其代謝產物。因為生物產品都是從細胞得來，所以說細胞培養(yǎng)技術是生物技術中最核心、最基礎的技術。,20082072006,200520042003,基于磁控制技術三維細胞培養(yǎng),三維細胞培養(yǎng)技術(three-dimensional cell culture, T

9、DCC)是指將具有三維結構不同材料的載體與各種不同種類的細胞在體外共同培養(yǎng),使細胞能夠在載體的三維立體空間結構中遷移、生長,構成三維的細胞-載體復合物,,,,,基于磁控制技術三維細胞培養(yǎng),復蘇,傳代,凍存,,磁體,,,吞噬氧化鐵的惡性膠質瘤細胞,惡性膠質瘤，源自神經上皮的腫瘤統稱為膠質瘤（膠質細胞瘤）,氧化鐵水凝膠,搭載氨基酸、氧化鐵、Au的噬菌體,實驗過程,實驗過程,磁控制15min后，細胞形態(tài),,,磁控制48h后，細胞形態(tài),通過觀察

10、熒光標記的惡性膠質瘤細胞在水凝膠中不同時間段的生長情況，檢測水凝膠的生物相容性,圖一：懸浮狀態(tài)下惡性膠質瘤細胞48h的生長情況,圖二：不同磁控制時間下，二維、三維細胞培養(yǎng)狀態(tài)下，細胞數量,為證明磁場有效地操控細胞培養(yǎng)時形狀，使用不同大小的磁體，以此提供不同的磁場大小，觀察細胞的生長情況。,圖1：半徑為12mm的磁體，初始狀態(tài),圖1：半徑為12mm的磁體，30h,圖1：移除磁體后，細胞生長情況,圖1：半徑為6mm的磁體，初始狀態(tài),圖1：半