基于圖像測定磁性納米材料磁矩參數(shù)的研究.pdf

1、近年來，磁性納米材料以其磁學(xué)性質(zhì)廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究中，磁性納米粒子可以作為藥物載體，通過外加梯度磁場，將藥物輸送至腫瘤部位，起到靶向治療的作用。磁性納米粒子還可以用于磁熱療，將磁性微粒輸送至病灶區(qū)域，在外加交變磁場的作用下，磁性微粒產(chǎn)生磁熱效應(yīng)從而殺死病變細(xì)胞。磁性納米粒子還可以用作MRI造影劑，如超順磁性的氧化鐵納米粒子具有較高的弛豫率和低廉的價(jià)格，并且有良好的耐受性、生物相容性及穩(wěn)定性。了解磁性納米粒子的磁學(xué)性質(zhì)對(duì)其應(yīng)用具有重要

2、的意義，磁矩是磁性材料最基本的磁學(xué)參數(shù)，很多磁強(qiáng)計(jì)測量原理就是先測出樣品的磁矩，再轉(zhuǎn)換為其他參數(shù)。測量磁性納米材料磁矩的磁強(qiáng)計(jì)可按照測量樣品的尺寸分為三類，在第一章中分別介紹了針對(duì)單個(gè)磁性納米顆粒磁矩測量方法:磁力顯微鏡、洛倫茲顯微術(shù);針對(duì)微尺度磁性納米聚集體磁矩測量方法:超導(dǎo)量子干涉儀、巨磁電阻傳感器、磁光克爾效應(yīng)儀;針對(duì)大量磁性顆粒聚集體磁矩測量方法:振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)、磁天平、電子順磁共振儀。簡述了各個(gè)方法的原理及發(fā)展現(xiàn)狀。
　

3、　本論文主要研究的內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　第二章分析了磁矩的測量對(duì)于研究磁性材料磁學(xué)性質(zhì)具有重要的意義，而磁性粒子間的相互作用會(huì)影響其磁化強(qiáng)度，從而改變其磁矩大小?？紤]到磁性納米顆粒膠體中粒子間的相互作用力，我們提出了一種基于動(dòng)力學(xué)與數(shù)字圖像處理技術(shù)的測量磁性納米顆粒膠體液滴磁矩的新方法。將微量的水相磁性納米顆粒膠體(2uL)置于與其密度相同的有機(jī)液體中，磁性膠體液滴會(huì)在水張力的作用下形成圓球形并懸浮在有機(jī)液中。然后外加梯度磁場，膠

4、體液滴會(huì)在磁力的作用下沿著磁場增大的方向運(yùn)動(dòng)。對(duì)膠體液滴水平方向進(jìn)行受力分析，得到關(guān)于液滴速度、加速度、粘滯阻力以及磁力的方程式，即可以通過測量液滴的速度、加速度，得到液滴所受磁力，從而推算出液滴的磁矩。在第二章中，進(jìn)行了計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，證明了此方法的可行性。并且對(duì)影響測量的靈敏度的因素進(jìn)行了分析，得出結(jié)論圖像采集裝置的采集速度越快，磁矩測量的靈敏度越高。
　　第三章中介紹了實(shí)驗(yàn)裝置，使用Ansoft軟件對(duì)裝置中的”C”型電磁

5、體的磁場分布進(jìn)行了模擬，并使用特斯拉計(jì)測量了外磁場強(qiáng)度，對(duì)測量值與距離的關(guān)系進(jìn)行四階多項(xiàng)式擬合，再對(duì)多項(xiàng)式求導(dǎo)得到磁場梯度與距離之間的函數(shù)關(guān)系。配置與磁性納米溶液濃度相當(dāng)?shù)挠袡C(jī)液，觀察到磁性納米粒子團(tuán)形成球形并懸浮于有機(jī)相中，外加梯度磁場，液滴在運(yùn)動(dòng)的過程中始終保持均勻的球形。所以，我們可以將磁性納米顆粒膠體液滴看作整體進(jìn)行分析。
　　第四章和第五章是本文的核心，第四章中測量了不同尺寸的磁性納米顆粒膠體液滴的磁矩大小，證明了當(dāng)磁場

6、方向與液滴運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，磁性粒子間的磁偶和作用會(huì)增強(qiáng)其磁化強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)中，分別測量了不同尺寸的γ-Fe2O3與DMSA@Fe2O3磁性納米膠體液滴的磁矩，兩種材料均是由水動(dòng)力尺寸為82nmγ-Fe2O3磁性納米顆粒膠體制備而成。結(jié)果得出水動(dòng)力尺寸為598nm的γ-Fe2O3磁性納米膠體液滴總磁矩大于水動(dòng)力尺寸為83nm的DMSA@Fe2O3。并且磁熱效應(yīng)強(qiáng)度也與水動(dòng)力尺寸成正相關(guān)。另外，從不同尺寸的Fe3O4磁性納米膠體液滴磁矩的測量結(jié)

7、果中可以看出，水動(dòng)力尺寸接近的磁性納米顆粒膠體液滴磁矩大小接近。水動(dòng)力尺寸較大的液滴在磁場作用下，運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，整個(gè)液滴呈固液分離的狀態(tài)。磁矩明顯大于水動(dòng)力尺寸較小的磁性顆粒液滴。通過測量數(shù)據(jù)驗(yàn)證了本方法能夠定量測量不同水動(dòng)力尺寸的磁性納米顆粒膠體液滴的磁矩。在第五章中，我們?nèi)舛确謩e為6mg/ml，3mg/ml，1.5mg/ml，0.75mg/ml的DMSA@Fe2O3磁性納米膠體，也使用本文提出的新方法測量了這四