磁性纳米粒子/磁性纳米颗粒在生物医学方面的应用 二
磁性纳米粒子的应用
磁性纳米粒子在生物医学方面的应用主要分为两大类：体外应用主要包括分离纯化、磁性转染、免疫分析、催化、Magnetorelaxometry、固相萃取等。体内应用可大致分为治疗和诊断两类，治疗方面的应用如热疗和磁靶向药物，诊断方面的应用如核磁共振成像（Nuclear
Magentic Resonance, NMR）。
体外应用：
生物分离和纯化是生物和医药技术中最重要的技术之一。这也是磁性粒子应用中最具成果的一种。磁性分离方法具有高效、简单、快速的优点。磁性粒子可用于蛋白质、核酸等生物分子和细胞的分离，核酸的分离纯化是用纳米级的磁性粒子。
在生物分离上，磁性纳米粒子体积小、表面积大，具有分散性好，可快速有效的结合生物分子，并且这种结合是可逆的，另外絮团形成可以被控制，因而使用磁性纳米粒子进行分离优于使用微米级树脂和珠子的传统方法。大多数分离用的磁性纳米粒子是超顺磁的
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在无外加磁场时，粒子无磁性，均匀悬浮在溶液中，而当使用外加磁场时，粒子具有磁性可被磁分离。磁性纳米粒子表面连接的具有生物活性的吸附剂或其他配体等活性物质可与特定生物分子或细胞特异性结合，在外加磁场作用下分离。磁性分离方法基本只包括2个步骤：1.
用磁性纳米粒子标记目标分子或细胞；2.
通过磁分离装置分离出目标分子或细胞。利用磁性纳米粒子分离的例子之一是把特异性抗体与磁性纳米粒子结合，可将磁性纳米粒子连接在特定细胞上，外加磁场即可快速将结合磁性纳米粒子的细胞分离或进行免疫分析。这样的方法特异性高、分离迅速、重现性好。又如，将葡萄糖-DEAE包裹在磁性纳米粒子表面，利用带正电荷的DEAE与带负电荷的核酸之间的电荷吸附作用，通过离子交换，在细菌裂解上清中提纯质粒。
磁性转染（magnetofection）是将结合有载体DNA的磁性纳米粒子在外界磁场影响下转染到细胞内的方法。用于磁性转染的磁性粒子多用多聚阳离子、多聚氮杂环丙烷进行表面修饰。由于它们带有阳性电荷，易于与带有阴性电荷的DNA结合，与利用病毒或非病毒载体的转染相比，转染效率提高几十到几千倍。磁性转染还具有转基因表达提高，使用极低剂量的载体既可获得高转染率和高转基因表达，使用方法简单等优点。磁性转染方法已成功用于多种类型的贴壁细胞及少数悬浮细胞，包括难以用常规方法转染的原代细胞、肿瘤细胞等。德国Chemicell公司生产的MagnetofectionTM磁性转染试剂被很多世界顶级的实验室选用，并有多篇文章发表。
免疫分析是现代生物分析技术中重要的一种方法，利用它可对蛋白质、抗原、抗体及细胞进行定量分析。例如在免疫检测中，经常用一些具有特殊物理化学性质的标记物如放射性同位素、酶、胶体金和有机荧光染料分子等对抗体（或抗原）进行偶联标记，在抗原、抗体识别后，通过对标记物的定性或定量检测而达到对抗原（或抗体）检测的目的。由于磁性纳米粒子具有超顺磁性，为样品的分离、富集和提纯提供了很大方便，在免疫检测方面受到广泛关注。
近年来，用磁性纳米粒子支持催化剂被广泛用来改善催化不均一的问题。磁性分离使在液相反应中回收催化剂比用横流式过滤和离心方法更容易，特别是催化剂在亚微米级范围内时。如此小并且可被磁性分离的催化剂兼具高分散性和反应性及易分离的优点。在回收利用昂贵的催化剂或配体方面，用磁性纳米粒子固定这些活性物质使得在准同质系统中分离催化剂变得简单。
近年来出现的将催化位点移植到磁性纳米粒子上进行不同类型的过渡金属催化的反应包括碳-碳交联反应、烯烃醛化反应、氢化作用、聚合反应等。已报道的磁性纳米粒子支持的催化剂包括酶、水解酯的氨基酸、促进Knoevenagel反应和相关反应的有机胺催化剂等。
Magnetorelaxometry（MRX）技术检测磁粘度
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移除磁场后磁性纳米粒子系统的净磁矩。有2种不同的弛豫机制：尼尔弛豫和布朗弛豫，这两种机制的区别在于弛豫时间不同。另外，布朗弛豫只在液体中发生，然而尼尔弛豫不依赖于纳米粒子的分散性。Magnetorelaxometry由核大小、水合直径和各向异性决定的现象使得这个技术可以用于根据游离的和结合的结合物磁性行为不同区分其状态是游离的还是结合的，因此这个技术可作为评估免疫检测的分析工具。
Magnetorelaxometry最初被用来评估免疫检测，它可以用于体外或体内研究。Magnetorelaxometry可定量分析磁性纳米粒子在器官或整个动物体内的分布，由于此方法是非侵入性的，因而可长期监测动物，例如监测磁标记的干细胞，另一个例子是癌症诊断。近年来出现的使用功能化的磁性纳米粒子的磁弛豫免疫分析（Magnetic
Relaxation Immunoassay,
MARIA）基于这个物理学方法。磁弛豫免疫分析技术的优点是：结合的粒子和游离的粒子产生不同信号，与传统方法不同，不需洗涤步骤；不需要标记物；每个检测的时间极短，因而可用于高通量实验；由于磁弛豫可在不透光的介质中被检测，因而也可用于体内实验；磁性纳米粒子与基于用高灵敏度的磁场传感器如SQUID(Superconductive
Quantum Interference
Device)检测磁弛豫的技术结合，可获得高灵敏度。在这个应用上，与分离纯化同理，也是纳米级的粒子优于微米级的粒子。
目前，固相萃取（Solid-Phase
Extraction,
SPE）作为从样品中分离和预浓缩目标成分受到很多关注。固相萃取是从环境样品中检测痕量污染物的常规方法。近来，纳米级颗粒在样品提取方面的应用获得快速和长足的发展。固相萃取与传统的样品富集方法（如液相抽提）相比，是很好的替代方法。当从大体积样品中分离和预浓缩目标成分时，使用标准纯化柱的固相萃取方法非常费时。因而使用磁性或可磁化的吸附剂的磁性固相萃取（Magnetic
Solid-Phase
Extractin,MSPE）越发重要。在这个过程中，在含有目标成分的溶液或悬浮液中加入磁性吸附剂。然后，利用合适的磁分离装置，将吸附了目标成分的磁性吸附剂回收。
在环境科学方面，近年来进行了用磁性纳米粒子去除有机和无机污染物的研究，并且用它们去除地下水、土壤和空气中污染物的实验已在实验室和实地规模上使用。高浓度的有机污染物大多为染料。织染工厂、颜料工厂、制革厂等的废水中均含有染料。用磁性纳米粒子替代昂贵或低效的吸附剂可成为一种好的平台，但这仍需要更多的研究。去除无机污染物的一个主要方面是去除金属毒素。磁性纳米粒子作为从复杂基质中去除金属毒素的吸着剂具有高容量和高效率的优点，由于体积小，表面积大，比微米级吸着剂更好。这些发现有助于设计更好的从废水中去除或回收金属离子的吸附处理计划。另外，还可利用功能化的磁性纳米粒子对环境样品中细菌、真菌等微生物进行分离和检测。
