磁性材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

1、磁性材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,趙賓 2016.01.02,,,Catalogue,,1.磁性材料的簡要介紹,通常認(rèn)為，磁性材料是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等能夠產(chǎn)生磁性的物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明，任何物質(zhì)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(jù)物質(zhì)的磁化率，可以把物質(zhì)的磁性分為五類：1、抗磁性，χ為甚小的負(fù)數(shù)（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(shù)（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(shù)，在較弱磁場作用下可以產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)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(shù)，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(guān)。,磁化率：物體在磁場中被磁化的程度與磁化場的強(qiáng)度有關(guān)，其關(guān)系為M= χ H，χ即為磁化率,,磁化來源：,鐵磁材料

3、內(nèi)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(nèi)就形成了一個個天然的磁性區(qū)域—磁疇。,鐵磁材料內(nèi)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(dǎo)磁性，是因?yàn)樵谒鼈兊膬?nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)—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(nèi)部形成一個很強(qiáng)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(zhì)中的磁場強(qiáng)度H與所感應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁化強(qiáng)度M之間的關(guān)系。,,磁滯回線表示磁場強(qiáng)度周期性變化時，磁性物質(zhì)磁滯現(xiàn)象的閉合磁化曲線。它表明了強(qiáng)磁性物質(zhì)反復(fù)磁化過程中磁化強(qiáng)度M或磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場強(qiáng)度H之間的關(guān)系。,H表示磁場強(qiáng)度,M表示磁化強(qiáng)度,磁性表征：,2、磁滯回線,矯頑力,剩余磁化強(qiáng)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(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用,1,在核磁共振成像（MRI）中的應(yīng)用,在靶向給藥中的應(yīng)用,在靶向熱療中的應(yīng)用,2,3,,靶向給藥,生物導(dǎo)向-將特定的抗體結(jié)合在磁性載體表面，通過與腫瘤細(xì)胞表面的抗原性識別器發(fā)生特異性結(jié)合，使藥

7、物準(zhǔn)確運(yùn)送到腫瘤細(xì)胞中。,,物理導(dǎo)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(jìn)行檢測，一旦人體內(nèi)存在這種病毒，他們將與磁性顆粒上的抗體結(jié)合形成大的顆粒團(tuán)，然后通過磁共振成像就能發(fā)現(xiàn)病毒的位置。,在核磁共振成像（MRI）中的應(yīng)用,在核磁共振成像（MRI）中的應(yīng)用,,利用磁場導(dǎo)向作用,將磁性納米粒子經(jīng)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(chǎn)熱，從而起到熱療的作用。,在靶向熱療中的應(yīng)用,,細(xì)胞培養(yǎng)本身就是細(xì)胞的克隆。通過細(xì)胞培養(yǎng)得到大量的細(xì)胞或其代謝產(chǎn)物。因?yàn)樯锂a(chǎn)品都是從細(xì)胞得來，所以說細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是生物技術(shù)中最核心、最基礎(chǔ)的技術(shù)。,20082072006,200520042003,基于磁控制技術(shù)三維細(xì)胞培養(yǎng),三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)(three-dimensional cell culture, T

9、DCC)是指將具有三維結(jié)構(gòu)不同材料的載體與各種不同種類的細(xì)胞在體外共同培養(yǎng),使細(xì)胞能夠在載體的三維立體空間結(jié)構(gòu)中遷移、生長,構(gòu)成三維的細(xì)胞-載體復(fù)合物,,,,,基于磁控制技術(shù)三維細(xì)胞培養(yǎng),復(fù)蘇,傳代,凍存,,磁體,,,吞噬氧化鐵的惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞,惡性膠質(zhì)瘤，源自神經(jīng)上皮的腫瘤統(tǒng)稱為膠質(zhì)瘤（膠質(zhì)細(xì)胞瘤）,氧化鐵水凝膠,搭載氨基酸、氧化鐵、Au的噬菌體,實(shí)驗(yàn)過程,實(shí)驗(yàn)過程,磁控制15min后，細(xì)胞形態(tài),,,磁控制48h后，細(xì)胞形態(tài),通過觀察

10、熒光標(biāo)記的惡性膠質(zhì)瘤細(xì)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(zhì)瘤細(xì)胞48h的生長情況,圖二：不同磁控制時間下，二維、三維細(xì)胞培養(yǎng)狀態(tài)下，細(xì)胞數(shù)量,為證明磁場有效地操控細(xì)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(xì)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(xì)胞生長情況,圖1：半徑為6mm的磁體，初始狀態(tài),圖1：半