磁性材料在射頻場中可以在將電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能。磁熱療是利用磁性物質(zhì)在射頻場中的磁熱效應(yīng)而進行臨床治療的一種手段。利用磁性納米顆粒的磁熱感應(yīng)對某些腫瘤進行靶向性熱療,成為目前納米磁學(xué)領(lǐng)域的熱點之一。鐵氧體磁性納米顆粒因為良好的生物兼容性和穩(wěn)定性被認為是磁熱療的理想候選材料。但是,目前由于磁性納米顆粒在射頻場中的產(chǎn)熱效率還比較低,阻礙了磁熱療在臨床治療中的應(yīng)用。本論文的主要工作是采用有機溶劑熱分解法制備了多種成分的鐵氧體磁性納米顆粒,研究了顆粒尺寸和各向異性對磁性和磁熱效應(yīng)的影響規(guī)律,進一步提高了鐵氧體磁性納米顆粒在射頻場中的產(chǎn)熱能力,并通過生物預(yù)實驗驗證了制備的磁性納米顆粒在磁熱療中應(yīng)用的性能。主要的內(nèi)容和創(chuàng)新如下:1.采用熱分解的方法,實現(xiàn)了對鐵氧體納米顆粒的成分、尺寸和形貌的可控性制備。通過改變還原劑和回流條件,一步法制備出較大尺寸(20-40nm)的Fe3O4納米顆粒,與常規(guī)的種子介導(dǎo)法制備較大尺寸納米顆粒相比簡化了合成的步驟。2.研究了顆粒尺寸對MnFe2O4納米顆粒在射頻場中產(chǎn)熱能力(SAR)的影響規(guī)律,內(nèi)核尺寸為7nm~21nm的核殼結(jié)構(gòu)MnFe2O4@SiO2納米復(fù)合顆粒在射頻場中SAR值隨顆粒尺寸的增加而顯著增大。當MnFe2O4納米顆粒的直徑為21 nm時,核殼結(jié)構(gòu)MnFe2O4@SiO2納米復(fù)合顆粒在水溶液中仍能保持很好的單分散性,其在射頻場(f=400 kHz,H=25 kA/m)中的SAR值達到458 W/g,高于文獻報道的MnFe2O4納米顆粒的SAR數(shù)值。3.提出在Fe3O4納米顆粒中復(fù)合摻入Mn和Co元素,通過改變Mn和Co的比例實現(xiàn)了對鐵氧體納米顆粒各向異性的調(diào)控,與文獻報道的核殼結(jié)構(gòu)相比,該方法更簡單易實現(xiàn)。從理論上計算了在400 kHz的射頻場中,納米顆粒損耗達到最大時,不同尺寸納米顆粒的最佳各向異性值。通過對顆粒尺寸和各向異性的調(diào)控,制備了21 nm的Mn0.99Co0.01Fe2O4納米顆粒,使其處于超順磁和鐵磁性的臨界狀態(tài),其SAR值高達1200 W/g,且經(jīng)SiO2包覆后在水溶液中具有很好的單分散性,完全滿足磁熱療生物實驗要求。從實驗上驗證Carrey的磁熱理論,為設(shè)計高SAR值磁性納米顆粒提供了依據(jù)。4.通過生物預(yù)實驗驗證納米顆粒的加熱效率,將納米骨水泥中的磁性納米顆粒的濃度降至0.8 wt%時,其在射頻場中的溫度可達到50~60℃,磁性納米顆粒的濃度遠低于文獻報道的50 wt%,大大減小了骨腫瘤磁熱療中由納米顆粒引起潛在毒副作用的可能性。在此基礎(chǔ)上,提出通過磁場取向得到了各向異性納米骨水泥,進一步提高了納米磁性骨水泥的產(chǎn)熱能力,為提高納米磁性骨水泥磁熱療效果提供一種新的思路。
【學(xué)位單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TB383.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 磁性納米顆粒簡介
        1.1.1 納米材料
        1.1.2 納米材料的特性
        1.1.3 磁性納米顆粒
    1.2 磁性納米顆粒在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用
        1.2.1 醫(yī)學(xué)掃描成像系統(tǒng)
        1.2.2 基于磁性信號的納米生物檢測
        1.2.3 靶向性藥物傳輸
        1.2.4 磁熱療
    1.3 應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
    1.4 本論文研究內(nèi)容
第2章 磁性與磁熱機制
    2.1 物質(zhì)的磁性
        2.1.1 抗磁性
        2.1.2 順磁性
        2.1.3 鐵磁性
        2.1.4 反鐵磁性
        2.1.5 亞鐵磁性
        2.1.6 超順磁性
        2.1.7 其它磁有序
    2.2 鐵氧體材料磁學(xué)性質(zhì)
        2.2.1 晶體結(jié)構(gòu)
        2.2.2 磁學(xué)性質(zhì)
    2.3 磁性材料的磁損耗機制
        2.3.1 渦流損耗
        2.3.2 磁滯損耗
        2.3.3 弛豫損耗
    2.4 小結(jié)
第3章 磁性納米顆粒的制備和分析方法
    3.1 磁性納米顆粒的制備
        3.1.1 共沉淀法
        3.1.2 水熱法
        3.1.3 微乳液法
        3.1.4 熱分解法
        3.1.5 多元醇法
    3.2 分析方法
        3.2.1 X射線衍射分析
        3.2.2 透射電子顯微分析
        3.2.3 磁性測量
        3.2.4 X射線能譜分析
        3.2.5 磁熱感應(yīng)測量
    3.3 小結(jié)
第4章 鐵氧體納米顆粒形貌和磁性調(diào)控方法
    4.1 引言
3O₄納米顆粒'>    4.2 FE₃O₄納米顆粒
3O₄納米顆粒的制備'>        4.2.1 Fe₃O₄納米顆粒的制備
        4.2.2 形貌及磁性分析
2O₄納米顆粒'>    4.3 MNFE₂O₄納米顆粒
        4.3.1 納米顆粒制備
        4.3.2 形貌及磁性分析
1-XCO_XFE₂O₄納米顆粒'>    4.4 MN_1-XCO_XFE₂O₄納米顆粒
        4.4.1 納米顆粒制備
        4.4.2 形貌及磁性分析
    4.5 小結(jié)
第5章 尺寸可控的錳鐵氧體納米顆粒磁熱效應(yīng)
    5.1 前言
    5.2 磁性納米顆粒的制備
2O₄納米顆粒的制備'>        5.2.1 7nm和 12nm MnFe₂O₄納米顆粒的制備
2O₄納米顆粒的制備'>        5.2.2 18nm和 21nm Mn Fe₂O₄納米顆粒的制備
2O₄@SiO₂納米復(fù)合顆粒的制備'>        5.2.3 Mn Fe₂O₄@SiO₂納米復(fù)合顆粒的制備
2O₄納米顆粒的形貌與磁性'>    5.3 MNFE₂O₄納米顆粒的形貌與磁性
2O₄@SIO2納米顆粒的磁熱性能'>    5.4 MNFE₂O₄@SIO2納米顆粒的磁熱性能
    5.5 理論分析
    5.6 小結(jié)
第6章 各向異性對納米顆粒在射頻場中產(chǎn)熱行為的影響
    6.1 引言
1-XCO_XFE₂O₄納米顆粒磁性的調(diào)控'>    6.2 CO對MN_1-XCO_XFE₂O₄納米顆粒磁性的調(diào)控
1-xCo_xFe₂O₄磁性納米顆粒的制備'>        6.2.1 Mn_1-xCo_xFe₂O₄磁性納米顆粒的制備
1-xCo_xFe₂O₄磁性納米顆粒的形貌和磁性'>        6.2.2 Mn_1-xCo_xFe₂O₄磁性納米顆粒的形貌和磁性
1-XCO_XFE₂O₄納米顆粒磁熱性能的調(diào)控'>    6.3 CO對MN_1-XCO_XFE₂O₄納米顆粒磁熱性能的調(diào)控
1-xCo_xFe₂O₄ @SiO₂納米復(fù)合顆粒的制備'>        6.3.1 Mn_1-xCo_xFe₂O₄ @SiO₂納米復(fù)合顆粒的制備
1-xCo_xFe₂O₄ @SiO₂納米復(fù)合顆粒的形貌'>        6.3.2 Mn_1-xCo_xFe₂O₄ @SiO₂納米復(fù)合顆粒的形貌
1-xCo_xFe₂O₄ @SiO₂納米復(fù)合顆粒的磁熱性能'>        6.3.3 Mn_1-xCo_xFe₂O₄ @SiO₂納米復(fù)合顆粒的磁熱性能
        6.3.4 理論分析
1-XCO_XFE₂O₄納米顆粒磁熱性能'>    6.4 參數(shù)優(yōu)化的MN_1-XCO_XFE₂O₄納米顆粒磁熱性能
        6.4.1 參數(shù)優(yōu)化方法
        6.4.2 參數(shù)優(yōu)化磁性納米顆粒的制備、形貌和磁性
        6.4.3 參數(shù)優(yōu)化磁性納米顆粒的磁熱性能
        6.4.4 理論分析
    6.5 小結(jié)
第7章 生物預(yù)實驗
    7.1 引言
    7.2 納米磁性骨水泥體外預(yù)實驗
        7.2.1 納米磁性骨水泥的制備
        7.2.2 納米磁性骨水泥的加熱實驗
        7.2.3 理論分析
        7.2.4 豬骨加熱實驗
    7.3 納米磁性細胞培養(yǎng)液預(yù)實驗
        7.3.1 納米磁性細胞培養(yǎng)液的制備
        7.3.2 納米磁性細胞培養(yǎng)液的加熱實驗
    7.4 納米磁性瓊脂培養(yǎng)基預(yù)實驗
        7.4.1 納米磁性瓊脂培養(yǎng)基的制備
        7.4.2 納米磁性瓊脂培養(yǎng)基的加熱實驗
    7.5 小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
附錄
攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單
致謝
作者簡介


本文編號：2893993