前言：中文期刊网精心挑选了纳米粒子范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
纳米粒子范文1
摘要:磁性纳米粒子因兼具磁学特性和纳米材料独特性能，被广泛应用于各个领域。就磁性纳米粒子的种类、特性、制备和表面修饰四个方面展开介绍，综述了脂肪酶、漆酶、淀粉酶及其复合酶等生物酶固定化酶技术的最新研究动态，针对磁性纳米粒子在固定化酶技术的研究应用现状进行了总结，以期为磁性纳米粒子固定化酶技术的应用研究提供参考。
关键词:磁性纳米粒子;脂肪酶;漆酶;淀粉酶;固定化
酶酶是具有生物催化功能的高分子物质，具有高效性、专一性、反应条件温和、无污染等特点［1］，在食品加工、药学和医学等研究领域中有着巨大的应用潜力。然而，大多数酶是蛋白质，其活性易受温度、pH等因素影响，且与底物产物的混合物不利于其回收，难以实现产物的分离纯化和连续化生产［2］。20世纪60年代迅速发展起来的固定化酶技术很好的解决了这些问题，有效提高了酶的利用率，并实现了产业化发展。其中，酶的固定载体和技术研究一直是酶固定化研究的核心问题，重点是寻找新的载体，确保固定后的酶保持其催化活性、催化特性和稳定性，同时，可实现高负载量和复合酶链式反应［3］。近几年，新型载体和技术有:交联酶聚集体［4］、“点击”化学技术［5］、多孔支持物［6］和以纳米粒子为基础的酶的固定化［7］等。纳米粒子作为酶固定化的新型载体，具有良好的生物相容性、比表面积大、颗粒直径小、较小的扩散限制、较高的载酶量及在溶液中稳定存在等优点［8］。粒子尺寸在1～1000nm范围内的球状或囊状结构的粒子常被用于酶的固定化，用于酶固定化的纳米载体材料可分为磁性纳米载体和非磁性纳米载体等［9］。本文综述了磁性纳米粒子的特性、制备方法及其在固定化酶技术研究领域的应用现状，以期为促进磁性纳米粒子固定化酶技术的应用研究提供参考。
1磁性纳米粒子
纳米材料［10，11］的粒径尺寸为纳米级，通常介于1～100nm之间。磁性纳米粒子［12，13］作为当今最受关注的一类纳米材料，其多功能磁性复合微球常被用于药物释放、生物大分子靶向分离等生物医学和分离工程相关领域的研究。
1．1磁性纳米粒子的特性
磁性纳米粒子不仅具备表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应［14，15］4个基本普通纳米粒子效应，同时还具有特殊的磁学性质:超顺磁性、高矫顽力、低居里温度与高磁化率等［16～19］。1．1．1超顺磁性超顺磁性是指磁性纳米颗粒尺寸小于临界尺寸时具有单畴结构，在较高温度下表现为顺磁性特点，但在外磁场作用下其顺磁性磁化率比一般顺磁材料大好几十倍，称为超顺磁性。超顺磁性即在有外加磁场时，材料表现为有磁性，当无外加磁场时，材料无磁性。故超顺磁性的纳米颗粒具有较好的分散性。
1．1．2高矫顽力
强磁物质(如:铁磁体)一般在外加磁场减小为零时，其磁化强度不为零，剩余的磁化强度称为剩磁。矫顽力是指使剩磁减至为零而添加的反向磁场。矫顽力与成分、晶体点阵和取向等因素无关，其主要影响因素为点阵缺陷，即偏离理想晶体结构的程度。
1．1．3低居里温度
带磁的磁性体会在某一温度因热失去磁性，这一温度称为居里温度。居里温度是物质磁性的重要参数，通常正比于交换积分，与间距和原子构型有关。纳米微粒的磁性常因小尺寸效应和表面效应发生变化，故其居里温度通常较低。
1．1．4高磁化率
磁化强度M与磁场强度H之比称为磁化率，常用cm表示，即M=cmH。当cm＞0，为顺磁质，当cm＜0，为抗磁质，其值一般都很小。
1．2磁性纳米粒子种类
磁性纳米粒子一般分为天然磁性纳米粒子和人工合成磁性纳米粒子。人工合成磁性纳米粒子主要有:Fe、Co、Ni等［20］金属纳米粒子;Co3O4、Mn3O4等金属氧化物和各种铁氧化体纳米粒子等［21，22］。铁的氧化物能定期排出体外，对人体健康危害较小，具有良好的生理安全性，因此Fe3O4磁性纳米粒子多被用于生物医药领域［23］。
1．3磁性纳米粒子制备
1．3．1共沉淀法
共沉淀法［24］即向铁盐和亚铁盐混合液中，添加合适的沉淀剂，经加热发生共沉淀，制得超微粒的方法。共沉淀法制备得到的粒子尺寸较小，然而，制备过程中因水解平衡反应复杂，粒子的成核过程和生长过程会受到影响，因此得到的粒子有较宽的尺寸分布。总的来讲，该方法有较低的反应温度、简单的设备要求，且反应过程简单易控制，是制备磁性纳米粒子的主要方法。
1．3．2高温分解法
高温分解法［25］是以高沸点有机物为溶剂，有机金属化合物为原料，经加热分解来制得纳米粒子的方法。利用高温分解法制备的磁性纳米粒子表面光滑，结晶度高，粒径小且粒径可控，粒径分布均匀。但此方法反应条件(高温高压)苛刻，设备要求高，反应体系为有机相，且经过表面处理后的合成粒子才能被转移到水相中。
1．3．3沉淀氧化法
沉淀氧化法即二价铁盐在氧化剂作用下，发生部分氧化制备磁性纳米粒子的一种方法，常见的是以空气作为氧化剂氧化Fe(OH)2，李乾峰等［26］用NaNO3、NaClO3、KMnO4替代传统的空气作为氧化剂氧化Fe(OH)2制备Fe3O4磁性纳米粒子，研究了氧化剂、反应温度、反应液pH等工艺条件对制备的Fe3O4磁性纳米粒子粒径及磁饱和强度的影响，结果表明:Fe3O4磁性粒子粒径主要受氧化剂氧化能力和反应液pH的影响。与空气氧化制备的Fe3O4磁性粒子比较，采用NaNO3和NaClO3为氧化剂制备的Fe3O4磁性粒子均为球形，粒子形态与pH无关，且粒径大小相近时，有较高的比饱和磁化强度。
1．3．4溶胶凝胶法
溶胶凝胶法［27，28］是制备金属氢氧化物及金属氧化物超微粒的方法。被用于溶胶凝胶法中作为前驱物的化合物要具备易蒸馏、重结晶技术纯化、可溶于普通有机溶剂、易水解等特性，金属醇盐作为前驱物被广泛用于溶胶凝胶法制备纳米氧化物材料。该方法具有反应物丰富、颗粒粒径均一、高纯度、粒径小、过程易控制等优点。
1．4磁性纳米粒子表面修饰
磁性纳米粒子不仅具有纳米粒子特性，同时还具有特殊的磁学性能，近年来被广泛应用于生物分析等领域。但是，磁性纳米粒子粒径小、比表面积大、表面能高，为不稳定体系，易发生团聚，所以，需要对磁性纳米粒子表面进行功能化，降低其表面能，改善磁性纳米粒子的分散性及稳定性，同时使磁性纳米粒子的磁响应强度、表面活性和生物相容性等特性得到改善和提高。
1．4．1有机小分子修饰
①表面活性剂。表面活性剂含有长链基团，可以形成空间位阻，一方面可控制粒子的形态和尺寸，另外，可改善粒子的表面性能，从而起到稳定磁性纳米粒子的作用。油酸常被用来修饰Fe3O4，靳艳艳等［29］通过高温热解法得到油酸稳定的磁性纳米粒子，以高碘酸钠为氧化剂，氧化其表面的油酸，制备得到单分散羧基化Fe3O4磁性纳米粒子，其粒径为12nm，且粒径均一，在水中有良好的分散性，XRD和VSM表征结果显示，磁性纳米粒子的磁强度和成分在氧化制备羧基过程中基本不受影响。张晓闻等［30］采用改进的溶剂热法，以柠檬酸钠为稳定剂，制备出羧基功能化的Fe3O4磁性粒子，该粒子具有超顺磁性和高饱和磁化强度，磁响应性良好，可应用于磁性粒子偶联或复合。
②硅烷化偶联剂。硅烷化偶联剂既有与磁性纳米粒子结合的Si－OH，又含有－NH2、－COOH、－SH、－CHO等能与生物分子结合的官能团。常被用于磁性纳米粒子表面修饰的硅烷化偶联剂有3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和3-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTES)。付玉丽等［31］采用化学共沉淀法合成Fe3O4磁性粒子，通过APTES化学包裹得到有机硅表面修饰的Fe3O4磁性粒子，APTES-MNPs呈球形，粒径约17nm，APTES-MNPs对刚果红染料的吸附符合Langmuir等温吸附模型，该粒子吸附性能好、易回收。
1．4．2有机高分子修饰
①天然生物大分子。目前，多糖类聚合物和氨基酸类聚合物是用于修饰Fe3O4磁性纳米粒子主要的天然生物大分子，利用天然生物大分子修饰的磁性纳米粒子其生物相容性得到大大的改善，且赋予复合材料新的生物活性。李璇等［32］以乙酰丙酮铁为铁源，聚乙二醇为溶剂，采用高温热解法制备聚乙二醇修饰的超顺磁性氧化铁磁性粒子PEG-SPIONs，后将糖酐Dex水溶液与PEG-SPIONs混合摇床培养得到Dex修饰的Dex/PEG-SPIONs复合粒子，该复合粒子为单晶体结构且分散性较好，具有超顺磁性，同时，Dex作为一种临时的血浆替代品具有很好的生物安全性，故Dex/PEG-SPIONs在生物医学等方面具有极好的应用前景。吴志超等［33］采用高锰酸钾为氧化剂氧化油酸包被的Fe3O4磁性粒子，制得表面包被有壬二酸的新型羧基磁性纳米粒子，该粒子表面羧基含量高且在水中具有良好的分散性，其水解后带负电荷，可与蛋白质表面带正电荷的氨基发生静电相互作用，这一新型的羧基功能化的超顺磁性纳米粒子吸附牛血清蛋白对固定化细胞、蛋白药物靶向载体和固定化酶载体的研究具有重要的指导意义。
②合成高分子。利用不同的化学方法可合成不同需要的高分子修饰物用来修饰磁性粒子。邓啸［34］选用聚多巴胺修饰磁性纳米粒子，首先采用碱共沉淀法合成MNPs，多巴胺单体可在类似海水的碱性(pH8．5)条件下发生自聚合作用，因此，通过调控pH可在MNPs表面形成一层聚多巴胺层，获得聚多巴胺修饰的磁性四氧化三铁纳米粒子(PD-MNPs)，该功能化磁性微球可有效的固定黑曲霉脂肪酶，固定化脂肪酶催化活性及稳定性较游离酶均有明显提高。
1．4．3无机材料
用于Fe3O4磁性纳米粒子表面修饰的无机材料主要是SiO2，制备SiO2修饰的磁性纳米粒子的方法主要有:溶胶凝胶法、气溶胶高温分解法和反相微乳法。张慧勇［35］采用溶胶凝胶法制备Fe3O4/SiO2核壳结构复合纳米粒子，并对不同Fe3O4制备方法(共沉淀法、还原沉淀法和水热法)对应的Fe3O4/SiO2复合纳米粒子进行性能比较。其步骤如下:首先采用柠檬酸钠对纳米粒子进行表面修饰，然后在醇和水的混合体系中，碱性条件下催化正硅酸乙酯水解，磁性纳米颗粒表面被生成物包裹，制得的二氧化硅磁性复合微球具备小粒径核壳结构。结果表明，利用水热法制备Fe3O4粒子的分散效果最佳，包被效果较好，二氧化硅磁性复合微球在室温下表现出良好的稳定性。马丽等［36］采用溶胶凝胶法制备Fe3O4/SiO2复合纳米粒子，用3-APTES对Fe3O4/SiO2复合粒子进行氨基修饰，并用于漆酶的固定化。固定化酶在热稳定性、重复稳定性、pH稳定性方面均优于游离酶，同时，将固定化漆酶用于去除废水中的2，4-二氯酚，反应12h，去除率最高为68.35%，该固定化酶重复使用12次后，对2，4-二氯酚的去除率可保持在52．85%。
2磁性纳米粒子固定化酶技术的应用
通过共聚合表面修饰可将－NH2、－COOH、－OH、－CHO等多种功能基团赋予磁性纳米粒子表面，实现其功能化，因而具有强的磁响应性能、高比表面活性和良好的生物相容性，磁性纳米粒子已被广泛应用于生物化学领域，如天然产物中生物活性物质的分离，有害化合物的降解等。固定化酶技术［37］，即将游离酶束缚或局限在固定载体内，酶的生物活性及其特有的催化反应保持不变，并可实现回收重复利用的一类技术。固定化酶与游离酶相比有稳定性好、不易失活、可重复使用等优点，磁性纳米粒子作为固定化酶使用的固体材料，较其他固体材料具有独特的优势［38，39］:磁性纳米粒子的超顺磁性及强磁响应性能，可实现酶/底物及产物的快速分离，提高酶的使用效率;将酶固定于磁性纳米粒子可提高其稳定性;而且磁性纳米粒子巨大的比表面积可同时偶联多种生物酶，因此将分离技术和生物酶磁偶联用于多酶固定，可促进多酶链式反应的研究应用。
2．1磁性纳米粒子在脂肪酶抑制剂筛选分离研究中的应用
Zhu等［40］采用共沉淀法制得Fe3O4磁性纳米粒子，硅酸四乙酯(TEOS)、(APTMS)作为硅烷偶联剂，－NH2/MNPs磁性粒子经二甲基甲酰胺(DMF)和10%丁二酸酐作用发生羧基功能化，获得－COOH/MNPs磁性复合粒子，此复合粒子可很好的与脂肪酶共价结合，酶活抑制实验表明，脂肪酶固定化酶(LMNPs)稳定性及活性较游离酶有明显提高。利用脂肪酶复合磁性粒子(LMNPs)成功的从莲叶提取液中分离出quercetin-3-O-β-D-arabinopyranosyl-(12)-β-D-galactopyranoside和quercetin-3-O-β-D-glucuronide两种脂肪酶配体。Sahoo［41］采用溶剂热法，聚乙烯亚胺(PEI)、乙醇胺(EA)、(EDBE)为氨基前体，制得PEI-Fe3O4、EA-Fe3O4、EDBE-Fe3O4氨基化磁性粒子，分别与戊二醛交联剂作用，获得GLU-PEI-Fe3O4、GLU-EA-Fe3O4、GLU-EDBE-Fe3O4，磁性粒子表面的戊二醛与脂肪酶发生相互作用，实现脂肪酶的固定化。其中，EDBE-Fe3O4酶活性最高，是同等游离酶活性的83．9%，此外，EDBE-Fe3O4具有较好的热稳定性、储藏稳定性和重复利用性，其反应动力学参数与游离酶一致。这为脂肪酶的固定化提供了技术支持，同时，实现了脂肪酶抑制剂的快速筛选分离，为研发新的治疗肥胖的药物提供母体化合物。
2．2磁性纳米粒子在α-淀粉酶配体筛选分离研究中的应用
交联酶聚集体(CLEAs)［42］是一种无载体固定化酶技术，是一种将基本纯化的、高浓度的蛋白先沉淀后交联形成不溶性的、稳定的固定化酶技术。较其他酶固定方法，该固定化方法不需要结晶、无需高纯度的酶，该方法可用于大多数酶或蛋白交联酶(蛋白)聚集体的制备，操作简便，应用范围广;获得的固定化酶活性高、稳定性好;无载体、单位体积活性大、空间效率高;Tudorache等［43］将氨基功能化的磁性纳米粒子加入酶溶液，将磁性粒子与酶液混合液进行沉淀、交联，制备了磁交联酶聚集体(MCLEAs)。功能化的磁性粒子可减少酶内赖氨酸残基数，提高酶聚集体的稳定性，同时赋予酶聚集体磁性以进行磁分离，提高酶的使用率。Liu等［44］通过合成α-淀粉酶磁交联酶聚集体从山茱萸果实中提取分离出Querciturone，其α-淀粉酶抑制活性IC50达22．5μg/mL。
2．3磁性纳米粒子在漆酶固定化研究中的应用
漆酶是一种对底物专一性要求较低且氧化还原能力较强的含铜多酚氧化酶，可氧化分解大部分有机污染物，如多环芳烃、多氯联苯、芳氨及其衍生物、染料、色素、炸药等［45］。漆酶主要分布在植物、菌类和微生物中。由于漆酶氧化分解有机物所需条件温和、最终反应产物为水、无污染、来源丰富等优点，在环境保护、造纸业、生物传感器等领域得到广泛研究。然而，游离漆酶稳定性差，且重复利用率低，限制了其在工业中的应用。为克服游离漆酶的缺点，实现漆酶的工业化应用，漆酶固定化技术研究尤为重要，磁性纳米粒子作为近年来酶固定化材料之一，成为漆酶固定化研究的热点。欧阳科等［46］通过化学交联法将漆酶固定在磁性石墨烯载体上，对固定化漆酶的酶学特性及其对双酚A(BPA)的降解功能进行了考察。结果表明，经石墨烯固定后漆酶的耐酸性、耐热性和稳定性有显著提高，漆酶固定后其重复利用性得到改善，重复利用10次后，漆酶活性仍为最初活性的82．01%。固定化酶的米氏常数Km为5．38×10－4mol/L，较游离酶的大，说明固定化酶与底物的亲和力比游离酶小，固定化漆酶对双酚A具有良好的分解能力，水中BPA质量浓度为15mg/L时，经过18h反应，BPA的去除率能达到82．14%左右。Xia等［47］分别制备了氨基化四氧化三铁漆酶固定化酶(Fe3O4-NH2-laccase)和氨基－聚乙烯亚胺四氧化三铁漆酶固定化酶(Fe3O4-NH2-PEI-laccase)，并分别考察了它们的酶学活性和反应动力学参数。结果表明，两种固定化酶较游离酶，酶活性、酶稳定性、酶利用率都明显提高，且对酸的适应能力、热稳定性、储藏稳定性等都有提高;Fe3O4-NH2-PEI-Laccase较Fe3O4-NH2-Laccase有较高的吸附容量和酶活性，Fe3O4-NH2-PEI-Laccase可实现漆酶大量的固定化，更有希望实现漆酶的工业化。
2．4磁性纳米粒子在多酶链式反应中的应用
磁性纳米粒子巨大的比表面积可实现多种生物酶的同时偶联，将分离技术和生物酶磁偶联应用于多酶固定，促进多酶链式反应的研究应用。果汁生产中，颜色、澄清度、口感等是衡量果汁是否合格的重要指标。影响这些指标的因素主要有:细胞壁和细胞质中果胶胶态分散体、淀粉、纤维素和半纤维素等多糖。这些大分子的存在是造成果汁浑浊、口感差的主要原因，而淀粉酶、果胶酶和纤维素酶可以将这些生物大分子分解为小分子，能够有效改善果汁外观和品质。Sojitra等［48］通过共沉淀法合成Fe3O4磁性粒子，以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为氨基源对Fe3O4氨基化修饰，以戊二醛为交联剂，将功能化磁性粒子与酶混合液混合孵育，淀粉酶、果胶酶、纤维素酶分别与磁性粒子结合并固定，制得磁性复合酶纳米生物催化剂。该磁性复合酶纳米生物催化剂在热稳定性、pH稳定性、重复利用性等酶学活性及反应动力学参数Km较游离酶都有明显提高。利用该磁性复合酶纳米生物催化剂分别进行葡萄、苹果和梨果汁浑浊实验，混合反应150min后，浑浊度分别降低为46%、41%和53%，结果表明，这一磁性复合酶纳米生物催化剂可替代传统果汁的生产方法应用于果汁的工业化生产中。
3展望
综上所述，磁性纳米粒子固定化酶技术已在生物医药、食品、环境保护等领域被广泛应用，并取得了一些重要成就，但仍存在一些需要解决的问题，主要有以下几个方面:①目前，关于磁性纳米粒子固定化酶研究主要集中在脂肪酶和蛋白酶上，其他酶类研究甚少，且磁性纳米粒子固定化酶方法具有局限性，只适用于一类酶或几种酶的固定化;②功能化磁性粒子固定化酶通常存在固定化酶含量较高、而固定化酶活性较低的问题，解决这一问题，对于提高酶使用率、降低成本、实现工业化大规模操作至关重要;③目前，国内外学者对磁性粒子固定化酶条件优化研究较多，针对磁性粒子与酶作用机制研究较少，磁性粒子固定化酶作用机制有待进一步研究，为磁性粒子的改性和选择提供了重要依据;④以磁性粒子固定化酶为催化剂进行催化反应的反应机制需深入研究，以实现磁性粒子固定化酶技术的广泛应用。总之，磁性纳米粒子固定化酶是一个正在蓬勃发展的研究领域，发展更为高效的方法制备磁性纳米粒子固定化酶仍是有待深入研究和具有挑战性的研究课题。
参考文献
［1］柳海燕．生物酶在纸浆造纸中的应用［J］．黑龙江造纸，2016(1):18－23．
［2］杨光义，雷攀，杜士明，等．盾叶薯蓣中薯蓣总皂苷生物酶预处理法提取工艺研究［J］．中国药业，2016(9):8－12．
［3］杨杰，张玉彬．固定化酶技术及其在医药上的应用新进展［J］．药物生物技术，2013(4):553－556．
［4］农嘉仪，李敏英，叶剑威，等．交联酶聚集体法制备单宁酶及固定化酶性质研究［J］．食品与机械，2012(1):154－158．
［5］杨奇志，刘佳．点击化学在生物医用高分子中的应用［J］．化学进展，2010(12):2377－2388．
［6］刘佳，杨启华．介孔材料固定化酶的研究进展及其应用前景［J］．石油化工，2014(4):357－365．
［7］高启禹，徐光翠，陈红丽，等．纳米材料固定化酶的研究进展［J］．生物技术通报，2013(6):23－27.
［9］辛宝娟．氧化铁磁性纳米粒子固定化酶［J］．化学进展，2010(4):593－602．
［10］张中太．纳米材料及其技术的应用前景［J］．材料工程，2000(3):42－48．
［11］林鸿溢．纳米材料与纳米技术［J］．材料导报，1993，19(6):42－46．
［12］郭艳余．Fe3O4磁性纳米粒子在生物医学领域的应用［J］．现代生物医学进展，2016(3):574－577．
纳米粒子范文2
关键词：纳米粒子；化学制备方法；应用
大气、各种微粒子粉尘、烟尘等各类尘埃物中都存在着大量的纳米粒子，但是自然界中存在的纳米粒子大多属于有害污染物，无法对其进行直接利用。随着社会的发展和时代的进步，通过人工制备的手段来利用各类有益的纳米粒子已经成为重要研究方向。由于纳米粒子具有奇特的化学性能、热学性能、磁学性能、电学性能以及力学性能等，目前被世界各国的科学人员所关注与高度重视。
一、纳米粒子的化学制备方法及应用
（一）气相化学反应法及应用
利用气相化学反应法来制备超微粒子，其具有活性与化学反应高、分散性好、粒径小、纯度高、粒子均匀等特点，适用于非金属化合物、金属化合物以及各类金属纳米粒子的制备。该方法包括气固反应法、气相合成法、气相分解法，其中对于气相合成法而言，其主要是指在高温条件下，借助多种物质之间的气相化学反应，有效合成相应的化合物；然后通过快速冷凝来制备出纳米粒子，具有互换性与灵活性。利用激光诱导气相法进行纳米粒子的合成时，往往会出现反应原料问题，C2H4、SiH4等会吸收激光光子，其反应式为：2SiCI4（g）+C2H4（g）2SiC（s）+6H2（g），3SiH4（g）+4NH3（g）Si3H4（s）+12H2（g），其中得到的SiC（s）和Si3H4（s）都是纳米粒子。值得注意的是，气相合成法制备纳米材料时，关键需要促进沉积速度的提升，以传统真空蒸发为依据，利用激光和超声波等加热手段进行制备，这样纳米材料会具有很好的分散性与透明性，但是具有成本高与产量小的缺点。
另外，气相分解法是对中间化合物进行预处理，通过加热、蒸发和分解等来获得纳米粒子；而气相热分解的原料多是采用金属氯化物与有机硅等，如Si（OH）4、Fe（CO）5等。气相分解法在制备纳米薄膜材料方面的使用最多，如秃涎趸物、硼化物、碳化物和金属氧化物等功能与结构材料的制备，并且广泛应用于太阳能利用、光学材料、表面装饰、热电材料和气体传感器等领域。
（二）湿化学法及应用
1.水热合成法
该方法多是在高气压或100～350℃的环境下，让有机化合物或无机化合物与水进行化合，然后控制物理过程与加速渗析反应，在此基础上进行过滤、干燥与洗涤等，从而得到超细与高纯的微粒子。一般可在不同的实验环境下采用水热合成法：①密闭动态：将加磁性转子置于高压釜内，密闭后将其放在电磁搅拌器上，动态环境下保温会加快合成的速率；②密闭静态：在高压反应釜内放置沉淀物或金属盐溶液，密闭之后加恒温，静止情况下长期保温。当前此方法在高压高温的水中溶解其他金属或锆盐，会得到高质量的磁性氧化铁、氧化铝、氧化锆纳密粒子。
2.水解沉淀法
利用水解来使化合物生产相应的沉淀物，基本是利用水合物与氢氧化物，选用各类无机盐作为水溶液的原料，以此来制备超微粒子。以无机盐为依据来配制水合物，对其水解条件进行控制，合成单分散性的立方体或球状的纳米粒子，如水解三价铁盐溶液，获得a―Fe2O3纳米粒子等。此外，金属醇盐与水进行反应，可以生产水合物、氢氧化物和氧化物的沉淀，因此可以多种醇盐为基础，利用干燥、沉淀和水解等手段来制备氧化物陶瓷纳米粒子。
3.共沉淀法
该方法主要是在溶液中混合各种阴离子，当特定的阳离子加以沉淀时，溶液中的其他离子也会陈定，从而达到原子级的混合。溶液中的pH值主要包括草酸盐、硫酸盐、碳酸盐和氢氧化物等，这些物质构成沉淀溶液时，其调节范围相对灵活，金属离子会随pH值的升高而依次沉淀，形成混合沉淀物[3]。由于沉淀属于分别发生，要想避免共沉淀方法出现分别沉淀的倾向，可以适当使沉淀剂浓度加以提高，然后导入金属溶液，搅拌溶液，确保溶液中金属离子全都符合沉淀的条件，保证沉淀的均匀性。当然沉淀物转变为产物化合物时，往往需要进行加热反应，这样无法有效控制其构成的均匀性。
二、纳米粒子的应用领域
由于纳米粒子具有的宏观量子催化效应与隧道效应、量子效应、界面与表面效应、小尺寸效应，因此其在增强增韧性能、性能、储氢性能、磁性能、光学性能和催化性能等方面具有特殊的功能，在各个领域得到了广泛的应用。通常纳米粒子在生物医学材料、增韧补强材料、隐身材料、光学材料、磁性材料、纳米电子器件、催化剂。
（1）光学隐身材料方面：激光隐身、红外隐身、微波隐身、光隐身等纳米光学隐身材料。
（2）半导体方面：纳米光敏材料、纳米气敏材料、纳米湿敏材料、纳米压敏材料、纳米温敏材料等。
（3）生物材料方面：纳米复合骨替代材料、纳米复合牙齿替代材料等。
（4）磁性材料方面：纳米磁制冷工质材料、纳米微晶稀土永磁材料、纳米微晶软磁材料、纳米磁记录材料、纳米巨磁电阻材料等。
（5）增强结构材料方面：纳米焊接技术、纳米颗粒助烧结材料、纤维增强材料、纳米晶须、纳米颗粒增强材料等。
三、结束语
纳米材料和纳米技术是当前最具发展前景的材料，已经成为材料领域的重要研究问题。通常纳米粒子作为功能材料，可应用于生物学、声学和光学等，而其作为结构材料，则可制备三维纳米碳管、二维纳米薄膜、一维钠米晶须等。目前在社会快速发展的背景下，多是通过人工制备的手段来直接制备有益的各类纳米历史，而实际上人工制备所需的纳米粒子十分困难。
参考文献：
[1]高友志，王猛，颜范勇等.水凝胶/金属纳米粒子复合物的制备及其在催化反应中的应用[J].化学进展，2014（04）：626-637.
[2]朱霞萍，彭道锋.四氧化三铁/二氧化硅复合磁性纳米粒子的制备与表征[J].精细石油化工，2010（04）：57-60.
纳米粒子范文3
【关键词】纳米粒子，制备，壳聚糖
一.壳聚糖的应用。壳聚糖由于具有抗菌性、生物相容性、可生物降解性、低免疫原性、低毒性等特点，被广泛应用于医药、化工、纺织、印染和造纸等领域。
1.1食品工业
（1）抗菌剂。壳聚糖及其衍生物有较强的抗菌活性。通过中和细胞质中带电粒子，可以使微生物代谢发生紊乱，或抑制微生物DNA的复制，从而阻止细胞的分裂；对革兰氏阳性菌和阴性菌等细菌都有较好的抑制效果。
（2）保鲜剂。壳聚糖膜可以阻碍大气中O2的渗入和瓜果呼吸产生CO2的逸出，但可使乙烯气体逸出，减少了瓜果中的氧气和乙烯气体的含量，从而可抑制好氧性微生物的生长且能延迟瓜果成熟时间。
（3）抗氧化剂。壳聚糖与肉类的血红蛋白释放出来的金属离子鳌合形成鳌合物，从而抑制金属离子的催化活性，抑制氧化作用的形成。
（4）果汁的澄清剂。果汁中含有大量的果胶、纤维素和多聚糖等物质，长期存放期间会使果汁逐渐浑浊。利用壳聚糖吸附上述物质经过絮凝后，澄清后的果汁有利于长期存放。
1.2纺织印染业
（1）纤维。将精制的壳聚糖制成透明溶液，然后织成粘胶纤维，可制成具有离子交换性能的织物。
（2）防皱整理剂。壳聚糖与纤维素有良好的吸附性和相溶性，壳聚糖的羟基和部分氨基与纤维的羟基可以形成众多的分子间氢键，能使其更加牢固起仿皱效果，可用于制作特殊用途的布料。
（3）纺织整理剂。利用壳聚糖用作上浆料，使难上浆材质易于染色，使之对染料具有强亲和力，从而达到良好的染色效果。
1.3水处理方面的应用
结垢是水处理过程中经常遇到的问题，羧甲基壳聚糖凭借其良好的絮凝、吸附、抗菌作用可用作吸附剂、絮凝剂及分离膜等材料，用于染料废水的脱色、饮用水的净化、重金属离子的回收等，特别是广泛应用于污水处理等领域。利用水溶性壳聚糖的阻垢性相对较高的性质，在将其作为正交试验样品后。该实验表明，羧甲基壳聚糖中的氨基、羟基、羧基等基团与成垢金属离子有很强的螯合能力，从而阻止了垢的形成，减少了水垢的生成。而且从试验结果可以看出，在一定范围内羧甲基壳聚糖对钙离子有比较好的容忍度，阻垢剂用量为18mg·L-1，pH值范围在6.8～7.4之间，钙离子量480mg·L-1，阻垢率能够达到87%。可见，羧甲基壳聚糖可在水处理中起到很好的作用。
1.3.1抗菌肽的性质及应用介绍
抗菌肽原指昆虫体内经诱导而产生的一类分子量在4K左右，具有抗菌活性的碱性多肽物质。最初，人们在研究北美天蚕的免疫机制时，发现其滞育蛹经外界刺激诱导后，其血淋巴中产生了具有抑菌作用的多肽物质，这类抗菌多肽被命名为天蚕素（Cecropins）。后来，从其他昆虫以及两栖类动物、哺乳动物中，也分离到结构相似的抗菌多肽。迄今为止，在不同动物组织中已发现了很多具有抗菌作用的蛋白质和多肽，已有70多种抗菌多肽的结构已经被测定，抗菌肽的概念得到了极大的扩展。目前已知的是，抗菌肽主要是通过作用于细菌的细胞膜而起作用的，在此基础上，提出了多种抗菌肽与细胞膜作用的模型。不同抗菌肽的作用机制是否一样，还有待进一步研究。而且经研究发现抗菌肽除具有抗菌、杀菌作用，对病毒、真菌、寄生虫等其他病原微生物具有较强的抑制作用，还能与宿主体内某些阳离子蛋白、溶菌酶或抗生素协同作用，增强其抗菌效应，使之能更加好的发挥效果。另外，抗菌肽生物学活性比较稳定，在高离子强度和酸、碱环境中甚至于100℃加热10 min时仍具有杀菌抑菌效果。实验用抗菌肽可耐高温（150℃以上），同时，由于抗菌肽本身是来源于养殖动物自身的一种小蛋白，动物体对其的排异反应很低，而且杀菌作用发挥到一定的程度之后，动物体内的很多蛋白酶就可以把抗菌肽降解了，检测不到残留物质，对环境没有任何污染，是一种无毒、无害、绿色环保的产品。另外，抗菌肽还具有不易出现耐药性突变、分子量小、热稳定性好、水溶性好、作用迅速等特点。
1.3.2抗菌肽的应用前景
以抗菌肽为原材料来开发新型的抗生素和抗肿瘤药很有发展前景，它在杀死细菌及肿瘤细胞的同时又不对机体产生其它毒副作用，也无耐药性等问题。而且抗菌肽因其分子量小、热稳定性好、无免疫原性等特点又为转基因肽领域提供了广阔的空间，利用分子生物学及基因工程手段进行人工合成抗菌肽基因能改善动植物的生物学特性。但就其大规模的开发应用还有一系列的问题：天然形成的抗菌肽极其有限且成本昂贵，而化学合成同样面临比较高的成本的问题，利用先进的基因工程手段亦有些困难，主要是存在于合成的抗菌肽基因是否能表达出来以及表达量多少的问题，综上所述也就是来源的问题；其次经过基因工程改造过的抗菌肽或多或少会在其空间结构上发生变化，而这些变化所带来的效应是无法估计的，是否有生物活性成为了至关重要的问题；最后要涉及的就是应用的问题，直到目前为止，国内外对抗菌肽的研究大多停留在理论研究及摸索阶段，要真正投入市场并形成规模还需进一步对其药理、药动药代及毒理方面研究以解决安全性问题。
抗菌肽与壳聚糖之间的相互作用部分的削弱了壳聚糖与TPP的相互作用。
参考文献：
纳米粒子范文4
【摘要】
目的：研究聚集和表面分子吸附对磁性纳米粒子交流磁化率的影响，为发展基于磁性纳米粒子磁化率测量的生物传感方法提供依据。方法：用透射电子显微镜及振动样品磁强计分别对磁性纳米粒子的磁核粒径、磁性特征进行测量，利用实验室自建的交流磁化率测量装置，对在不同聚集状态和表面吸附抗原、抗体等生物分子后磁性纳米粒子的交流磁化率谱进行测量。结果：透射电子显微镜测量表明，实验所用氧化铁纳米粒子平均磁核直径10 nm，但是由于溶液中粒子之间的磁偶极相互作用而以聚集体的形式存在，表现出较大的水动力尺寸及其分布。振动样品磁强计测量表明，氧化铁纳米粒子的饱和磁化强度为61.43 emu·g-1。交流磁化率谱测量表明，随着氧化铁纳米粒子在溶液中水动力尺寸的增加，即聚集体尺寸的增加，磁化率谱中对应的磁动力学特征频率减小，与理论预示一致。当缓冲溶液中磁性纳米粒子表面吸附IgG以及进一步结合羊抗人IgG后，磁动力学特征频率逐渐降低，这与表面吸附导致的水动力尺寸逐渐增加的结果是一致的。结论：溶液中磁性纳米粒子的聚集状态和生物分子吸附对其交流磁化率谱有较大的影响，主要表现为粒子的水动力尺寸增加所导致的磁动力特征频率发生移动。基于磁性纳米粒子的磁动力特征频率的变化，可望发展成为一种研究磁性纳米粒子表面生物分子相互作用的生物传感方法。
【关键词】 磁性纳米粒子； 交流磁化率； 聚集； 表面吸附； 生物传感
［Abstract］ Objective:To investigate the effect of aggregation and surface molecular adsorption on AC susceptibility of magnetic nanoparticles，which will provide a basis for biosensing based on AC magnetic susceptibility measurement.Methods:Using transmission electron microscopy and vibrating sample magnetometer， the magnetic nanoparticles magnetic core size，magnetic characteristics were measured respectively.Using selfbuilt AC susceptibility measuring device，magnetic nanoparticles，with different aggregation states and surface adsorption of antigen，antibody and other biomolecules，susceptibility spectra were measured.Results:TEM study showed that the magnetic nanoparticles have a magnetic core size of about 10 nm.Because the magnetic dipole interaction between nanoparticles，the particles exist in the form of aggregates and show a larger hydrodynamic size distribution.VSM measurement showed that the saturation magnetization(Ms) was about 61.43 emu·g-1.AC magnetic susceptibility spectrum measurement showed that with the hydrodynamic size increases of nanoparticles in the solution，that was， the size increase of the aggregates，the characteristic frequency decreases of the AC magnetic susceptibility spectra，which was consistent with the theory.The study also indicated that when magnetic nanoparticles adsorbed IgG and subsequently conjugated goat anti human IgG，the magnetodynamic characteristic frequency gradually decreased，which was consistent with the result of the increase in hydrodynamic size.Conclusions:The magnetic nanoparticle aggregation and surface biological molecule adsorption in solution affect strongly AC magnetic susceptibility spectrum，i.e.，change the magnetodynamic characteristic frequency，resulting from the increase of nanoparticles hydrodynamic size.Based on the magnetic nanoparticles magnetodynamic characteristic frequency changes， so，it is expected to develop into a biological detection method to sense biological molecule interactions on the surface of magnetic nanoparticles.
［Key words］ magnetic nanoparticles; AC magnetic susceptibility; aggregation; surface adsorption; biosensing
磁性纳米粒子在细胞磁分离［1］、磁靶向药物输运［2］、生物传感［3-4］、磁共振成像(MRI)［5-6］及磁感应肿瘤热疗［7-10］等生物医学方面的应用已得到了广泛和深入的研究。其中，基于磁性纳米粒子丰富的磁学特性进行生物传感方法的设计和应用是一个重要和快速发展的领域［11］。利用抗体等特异性生物分子探针修饰磁性纳米粒子构建磁标签，并对靶分子(或细胞)进行识别和标记，然后利用对磁标签敏感的技术进行测量，即可实现对磁标签所标记的生物结合事件进行检测和传感。这些磁敏感技术包括MRI［12］、超导量子干涉仪(SQUID)［13］以及基于其他磁学效应或特性(如各向异性磁阻抗等［14］)的磁场传感器。发展这样的生物检测和传感平台已经成为目前研究的热点，并且它们在灵敏性、特异性、定量性和检测速度上已经展示出许多优势，但是它们需要对传感元件(敏感部位)进行复杂的材料和结构设计，是一种基底上的(substratebased)检测方法。这里我们将探索一种新的无基底(substratefree)的传感方法，它能够传感溶液中的包含磁标签的生物分子结合事件。磁化率是描述物质磁化性质的重要物理量。根据物质结构的电子理论可以证明，物质的磁化率与其微观结构有十分密切的关系。因此，测定物质磁化率，可以获得物质微观结构的许多信息。随着磁性纳米粒子在生物传感及生物医学方面的应用，基于其磁动力特征的研究也越来越广泛。
1 材料和方法
1.1 材料与试剂
γFe2O3纳米粒子及2，3二巯基丁二酸(DMSA)修饰的γFe2O3纳米粒子(DMSA@γFe2O3)由江苏省生物材料与器件重点实验室王春雨同学根据我们研究组先前报道［15-16］的方法制备得到。硼酸盐缓冲溶液由19.07 mg·ml-1四硼酸钠溶液和19.07 mg·ml-1硼酸溶液按4∶1比例混合而成，pH=9.0。IgG及羊抗人(goat anti human，GAH)IgG购自南京凯基生物科技发展有限公司，使用时浓度稀释为1 mg·ml-1。实验用水为超纯水(艾科普超纯水机提供)。
1.2 方法
1.2.1 表征测量
磁性纳米粒子磁核尺寸测量使用透射电子显微镜(TEM)(南京大学分析测试中心，仪器型号为JEM200CX)；水动力尺寸测量使用光子相关光谱仪(PCS)(东南大学生物电子学国家重点实验室，仪器型号为N4 Plus)；磁性测量使用振动样品磁强计(VSM)(东南大学生物电子学国家重点实验室，仪器型号为Lake Shore 7400)；磁化率测量采用实验室自建的交流磁化率测量仪，所用锁相放大器为美国斯坦福研究系统的双通道数字锁相放大器SR830（图1）。
图1中所用线圈组合中原线圈的匝数为75匝，副线圈的匝数为48匝。原线圈的规格是Φ20 mm×100 mm，每个副线圈的规格是Φ10 mm×15 mm。样品放置在线圈组合装置的副线圈的正中央。所采用的激发信号是由锁相放大器的正弦(SINE OUT)端提供的，通过锁相放大器上的双通道(CH1、CH2)输出来到检测信号。
1.2.2 基于磁性纳米粒子交流磁化率测量进行生物传感的理论与方法
溶液中磁性纳米粒子的交流磁化率χ包含两部分：实部磁化率χ′和虚部磁化率χ″［17］，χ=χ′+i χ″德拜理论对磁性纳米粒子交流磁化率的频率依赖关系可以描述为：χ(ω)=χ0/(1+iωτ)，其中χ0为直流磁化率。实部磁化率χ′和虚部磁化率χ″可以表示为：χ′=χ0/1+(ωτ)2，χ″=χ0ωτ/1+(ωτ)2其中，τ是纳米粒子在溶液中的弛豫时间，ω=2πf为角频率， f为圆频率。当ωτ=1时，磁化率的虚部部分出现一个最大值。χ″～ω谱的峰值频率ωchar=1/τ，为溶液中纳米粒子磁弛豫过程的特征频率。
分散在溶液中的磁性纳米粒子磁化后，一般通过两种机制进行弛豫：Brownian弛豫和Néel弛豫。一般来说，有效弛豫取决于两种弛豫机制的结合。但是，依赖于使用的磁性纳米粒子的尺寸，其中一种机制将起支配作用。
当磁性纳米粒子具有较大尺寸或在溶液中存在聚集体时，Brownian弛豫是支配的机制［18］。这种情况下，Brownian弛豫时间为：τB=4πr3η/κBT这里，r为纳米粒子的水动力半径，η为溶液的粘滞系数，κB为波尔兹曼常数，T为溶液的绝对温度。可见Brownian弛豫时间τB与r3成正比，对应的Brownian弛豫特征频率ωB=1/τB，与r3成反比。这样，一旦靶分子(如抗原)被结合到磁标签(抗体标记的磁性纳米粒子)上，增加的水动力半径将导致Brownian弛豫特征频率以r3关系减小，并且靶分子越大，ωB减小越多。同样溶液中磁性纳米粒子的聚集也会导致ωB减小。
在交流磁化率的测量实验中，常用的方法是认为锁相放大器的两个通道上的输出电压就是磁性液体交流磁化率的实部磁化率和虚部磁化率［19］。即：V=V′+i×V″，χ=χ′+i×χ″
V′=χ′，V″=χ″
2 结果
2.1 γFe2O3纳米粒子的TEM表征
图2显示：氧化铁纳米粒子磁核接近球形，平均尺寸为10 nm；DMSA修饰后的氧化铁纳米粒子表示了同样的结果。这说明表面修饰没有改变磁性纳米粒子的磁核尺寸。我们注意到，有机小分子DMSA由于在电镜下衬度低，因此，观察不到粒子表面修饰层的存在。
2.2 磁性测量
图3显示：表面修饰DMSA后，氧化铁纳米粒子的饱和磁化强度为53.53 emu·g-1(a)，与修饰之前的值61.43 emu·g-1(b)相比略有降低，这是由于样品中非磁性有机分子的存在，使得单位质量样品的磁化强度有所降低［20］。γFe2O3与DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子的矫顽力分别为0.25O e和0.14O e，表明样品接近超顺磁性。理论上，具有10 nm磁核尺寸的磁性氧化铁纳米粒子已经达到超顺磁尺寸，具有零矫顽力［21］。样品中微小矫顽力的存在可能是由于粒子间聚集体的存在。
2.3 聚集和表面分子吸附对磁性纳米粒子水动力尺寸的影响
见表1、2。表1 γFe2O3及解胶前、后DMSA@γFe2O3纳米粒子在水溶液中(pH=7)的水动力平均直径（D）（略）
表2 DMSA@γFe2O3纳米粒子在pH 9.0硼酸盐缓冲溶液及依次加入IgG和GAH IgG后的水动力平均直径（略）
溶液中纳米粒子水动力尺寸是指包括表面有机物壳层和水化层在内的总的尺寸，一般大于纳米粒子核尺寸。用光子相关光谱仪(PCS)测量了γFe2O3与DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子在水溶液中的水动力平均直径（D），结果如表1所示。可以看到，表面修饰前γFe2O3纳米粒子的水动力平均直径为92 nm，远大于TEM所测得的平均磁核尺寸(10 nm)。解胶前DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子的水动力直径为110 nm，大于γFe2O3纳米粒子的水动力直径(92 nm)，这一方面是由于聚集效应，另一方面还归于表面DMSA修饰层的贡献。解胶后，DMSA@γFe2O3纳米粒子的水动力平均直径减小为75 nm。
DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子在硼酸盐缓冲溶液以及依次加入IgG和GAH IgG后，磁性纳米粒子的水动力直径发生了变化。从表2可以看到，DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子在硼酸盐缓冲溶液中平均水动力直径为78 nm，略大于水溶液中的水动力尺寸(75 nm)。当在含有DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子的硼酸盐缓冲溶液中加入IgG后，磁性纳米粒子的水动力直径变为88 nm，进一步加入GAH IgG后，磁性纳米粒子的水动力直径继续增加，变为136 nm。
2.4 聚集和表面分子吸附对磁性纳米粒子交流磁化率的影响
见图4。
图4表示了γFe2O3及解胶前后DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子在水溶液中的交流磁化率谱，实线表示对实验数据的理论拟合。由图4可知，3种不同的磁性纳米粒子交流磁化率的虚部依次在142 Hz(a)、119 Hz(b)以及160 Hz(c)处出现一峰值，即Brownian弛豫特征频率先减小再增加。这与表1所示相同条件下水动力尺寸先增加再减小一致，符合理论预示结果。
解胶后DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子在pH9.0的硼酸盐缓冲溶液中(纳米粒子浓度为0.6 mg·ml-1)以及依次加入IgG(终浓度为0.1 mg·ml-1)和GAH IgG(终浓度为0.1 mg·ml-1)后的交流磁化率随频率的变化关系见图5。图5表明，对应的Brownian弛豫特征频率依次为150、140和100 Hz左右。这与表2所示相同条件下水动力尺寸逐渐增加一致，符合理论预示结果。 3 讨论
本研究观察了聚集和表面分子吸附对磁性纳米粒子交流磁化率的影响，主要研究了Brownian弛豫特征频率ωB与溶液中磁性纳米粒子聚集和表面吸附的关系，以期通过磁化率测量来传感磁性纳米粒子聚集和表面分子吸附的事件。这里，ωB=κBT/4πr3η特征频率ωB与溶液中磁性纳米粒子的水动力学半径成3次方反比关系。因此，溶液中磁性纳米粒子的聚集和表面生物分子吸附主要通过对水动力尺寸的改变来影响其特征频率。本研究同时采用光子相关光谱仪对溶液中磁性纳米粒子的水动力尺寸进行测量来加以验证。
TEM研究表明，γFe2O3及DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子的平均磁核直径为10 nm，而用PCS测量得到的水动力平均直径远大于纳米粒子的平均磁核尺寸，粒子表面的水化层不可能导致如此大的水动力尺寸，因此，纳米粒子以一定尺寸分布的聚集体的形式存在于溶液中。一般来说，磁偶极相互作用和范德瓦尔兹力是导致这种聚集的原因［22］。通过合适的表面修饰(包括物理吸附和化学吸附)，在表面引入更多的电荷和有机分子阻挡层可以改善这种聚集。DMSA分子具有双巯基和双羧基结构，其化学吸附到γFe2O3纳米粒子表面，使得在粒子表面上引入较多的羧基基团—COOH。通过解胶，即用碱来解离羧基上的氢，可以使粒子表面带上更多的负电荷，从而通过粒子间的静电排斥使纳米粒子变得更分散，水动力尺寸得到降低。解胶前DMSA@γFe2O3磁性纳米粒子的水动力直径为110 nm，大于γFe2O3纳米粒子的水动力直径，这一方面是由于聚集效应，另一方面还归于表面DMSA修饰层的贡献。解胶后，DMSA@γFe2O3纳米粒子的水动力平均直径减小为75 nm，这与前述分析相一致。解胶后的DMSA@γFe2O3纳米粒子由于具有更小的水动力尺寸和更高的表面电荷，使得其在水溶液中更加稳定，即使在离子强度较高的缓冲溶液(如pH=9.0硼酸盐缓冲溶液和pH=6.0柠檬酸缓冲溶液)中也表现出很好的稳定性，这为进一步研究在缓冲溶液中粒子表面吸附抗原、抗体的结合事件提供了保证。
磁性纳米粒子由于聚集以及表面生物分子吸附导致其水动力直径的变化为交流磁化率的测量提供了前提，因为交流磁化率谱峰的特征频率与粒子的水动力尺寸有3次方反比关系。通过对解胶后DMSA@γFe2O3(D=75 nm)，γFe2O3纳米粒子(D=92 nm)及解胶前DMSA@γFe2O3(110 nm)磁性纳米粒子交流磁化率的测量，得到交流磁化率谱峰的特征频率依次出现在160 Hz、142 Hz及119 Hz处，表现出与理论一致的关系。为了进一步研究表面分子吸附对磁性纳米粒子交流磁化率的影响，我们还测量了分散在pH 9.0的硼酸盐缓冲溶液中的磁性纳米粒子以及依次加入IgG和GAH IgG后的交流磁化率，其谱峰特征频率依次出现在150、140及100 Hz左右，与对应的水动力直径(78、88和136 nm)相对应，符合理论关系。这里，磁性纳米粒子作为溶液中的磁敏感探针，能够灵敏地反映其表面上生物分子吸附及特异性识别的事件，为发展新的生物传感方法提供了思路。
这种传感方法优点在于在交流磁化率的测量中不受游离的抗原及抗体等生物分子的影响，在检测过程中不需要后续的分离和洗涤处理，磁化率测量设备易于搭建，成本低，因此该方法具有更强的实用性。另外一些可以预见的优势是，该方法可以区分不同大小的生物分子在纳米粒子表面的吸附，以及生物分子诱导的特异性磁性纳米粒子聚集。
当所测磁性液体的粘滞系数及绝对温度等因素不变时，磁化率谱特征频率的变化只与磁性纳米粒子的水动力尺寸及尺寸分布有关。窄的粒子尺寸分布能够降低磁化率谱的宽度，从而可进一步增加检测的灵敏度。因此，选择单分散磁性纳米粒子做为磁敏感探针，将有望大大提高此生物传感方法的检测精度。
参考文献
［1］ WILSON R J，WEI H U，CHERYL WONG PO FU，et al.Formation and properties of magnetic chains for 100 nm nanoparticles used in separations of molecules and cells［J］.J Magn Magn Mater，2009，321(10):14521458.
［2］ NEUBERGER T，SCHPF B，HOFMANN H，et al.Superparamagnetic nanoparticles for biomedical applications:possibilities and limitations of a new drug delivery system［J］.J Magn Magn Mater，2005，293(1):483496.
［3］ WON J，KIM M，YI Y W，et al.A Magnetic nanoprobe technology for detecting molecular interactions in live cells［J］.Science，2005，309(1):121125.
［4］ NAM J M，STOEVA S I，MIRKIN C A.Biobarcode based DNA detection with PCRlikesensitivity［J］.J Am Chem Soc，2004，126(19):59325933.
［5］ SUN C，LEE J S H，ZHANG M.Magnetic nanoparticles in MR imaging and drug delivery［J］.Advanced Drug Delivery Reviews，2008，60(11):12521265.
［6］ 鲍军平，吴小涛，王运涛.干细胞移植延缓椎间盘退变及磁共振示踪研究［J］.东南大学学报:医学版，2008，27(3):166170.
［7］ KULLER R，HERGT R， ZEISBERGER K，et al.Preparation of magnetic nanoparticles with large specific loss power for heating applications［J］.J Magn Magn Mater，2005，289：1316.
［8］ HOSONO T，TAKAHASHI H，FUJITA A，et al.Synthesis of magnetite nanoparticles for AC magnetic heating［J］.J Magn Magn Mater，2009，321(19):30193023.
［9］ ZEISBERGER M，DUTZ S，MULLER R，et al.Metallic cobalt nanoparticles for heating applications［J］.J Magn Magn Mater，2007，311(1):224227.
［10］ 颜士岩，张东生，顾宁，等.肿瘤热疗用Fe2O3纳米磁性粒子的生物相容性研究［J］.东南大学学报:医学版，2005，24(1):812.
［11］ HIRATA N，TANABE K， NARITA A，et al.Preparation and fluorescence properties of fluorophorelabeled avidinbiotin system immobilized on Fe3O4 nanoparticles through functional indolequinone linker［J］.Bioorganic & Medicinal Chemistry，2009，17(11):37753781.
［12］ PEREZ J M，O′LOUGHIN T，SIMEONE F J，et al.DNAbased magnetic nanoparticle assembly acts as magnetic relaxation nanoswitch allowing screening of DNA cleaving agnets［J］.J Am Chem Soc，2002，124(12):28562857.
［13］ CHEMLA Y R，GROSSMAN H L，POON Y，et al. Ultrasensitive magnetic biosensor for homogeneous immunoassay［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2000，97(26):1426814272.
［14］ MILLER M M，PRINZ G A，CHENG S F，et al.Detection of a micronsized magnetic sphere using a ringshaped anisotropic magnetoresistancebased sensor:A model for a magnetoresistancebased biosensor［J］.Appl Phys Lett，2002，81(12):22112213.
［15］ SUN Y，MA M，ZHANG Y，et al.Synthesis of nanometersize maghemite particles from magnetite［J］.Colloids and Surfaces，2004，245(13):1519.
［16］ ZHANG S，BIAN Z P，GU C R，et al.Preparation of antihuman cardiac troponin I immunomagnetic nanoparticles and biological activity assays［J］.Colloids and Surfaces，2007，55(2):143148.
［17］ CONNOLLY J，PIERRE T G St.Proposed biosensors based on timedependent properties of magnetic fluids［J］.J Magn Magn Mater，2001，225(12):156160.
［18］ CHUNG S H，HOFFMANN A，BADER S.Biological sensors based on Brownian relaxation of magnetic nanoparticles［J］.Appl Phys Lett，2004，85(14):29712973.
［19］ GLOCKL G，HERGT R，ZEISBERGER M，et al.The effect of field parameters， nanoparticle properties and immobilization on the specific heating power in magnetic particle hyperthermia［J］.J Phys， 2006，18(38):S2935S2949.
［20］ CHEN Z P，ZHANG Y，ZHANG S，et al.Preparation and characterization of watersoluble monodisperse magnetic iron oxide nanoparticles via surface doubleexchange with DMSA［J］.Colloids and Surfaces，2008，316(13):210216.
纳米粒子范文5
尿酸是核蛋白和核酸的代谢产物’人体内尿酸过量是许多疾病的征兆’如痛风、肾功能衰竭、心血管疾病等，故人体内尿酸的检测在临床诊断方面有着重要意义。目前,测定尿酸的方法主要有色谱法、分光光度法、荧光法、化学发光法、电化学法等。
电化学发光因其设备简单、灵敏度高、适用范围广等特点而备受关注。但是目前利用电化学发光法测定尿酸的方法较少。近年来,通过将发光试剂固定在电极表面制备得到固相电化学发光传感器’这样既节约了昂贵的发光试剂，又提高了灵敏度,拓宽了电化学发光法在分析化学中的应用。溶胶-凝胶膜法和Nafon/MCNT是目前应用最多的固定化技术，但是溶胶-凝胶法制备的电化学发光传感器稳定性较差。利用二氧化硅微球包埋联吡啶钌，可以改善Si02溶胶-凝胶法固定联吡啶钌传感器的稳定性。壳聚糖分子中含有丰富的游离氨基和羟基,具有良好的吸附能力、导电能力和生物相容性,是电化学发光传感器中较优良的材料。
本研究利用反相微乳液法制备得到壳聚糖-Ru(bpyg+-Si02复合纳米粒子（CRuSNPs)，带正电荷的CRuSNPs与带负电荷的Nafion通过静电作用自组装固定于玻碳电极表面，制备了电化学发光传感器。此传感器具有良好的稳定性和重现性，用于尿酸的免标记检测，结果令人满意。与临床上测定尿酸的方法相比’本方法简单、试剂用样量少、选择性好。
2实验部分
2.1仪器与试剂
MPI-E型电致化学发光分析系统（西安瑞迈电子科技有限公司），Zennium电化学工作站（德国Zah-ner公司），UV-1600PC紫外-可见分光光度计（中国上海美谱达仪器有限公司），F-4600荧光分光光度计(日本日立公司），RT5POWER电磁搅拌机（德国IKA公司），WF-300D超声波清洗机（宁波海曙五方超声设备有限公司），TDL-802B型离心机（上海安亭科学仪器厂），PT-RO10L实验室超纯水设备（上海品拓环保工程设备有限公司）。三电极系统:工作电极为裸玻碳电极或修饰电极,Pt丝为对电极,Ag/AgCl(饱和KCl溶液）为参比电极。
多壁碳纳米管（MCNT,中国科学院成都有机化学有限公司，>7.5%,7?15nmX0.5?10pm.);壳聚糖（於呢=60000~120000g/mol，乙酷化度在40mol%)、三联吡啶钉、Nafion117、正硅酸乙酉旨、TritonX-100、正己醇、环己烷均购于Sigma公司；尿酸（天津市华东试剂厂）；其余试剂均为分析纯。
0.5%壳聚糖溶液由1%冰醋酸溶液配制而成。0.01mol^LRu(bpy)3+由0.1mol/LPBS溶液(pH7.4)配制而成。Nafion/MCNT的配制：准确称取0.05g碳纳米管分散于60mL2.2mol/LHNO3中，超声30min后，室温放置20h，然后用超纯水洗至中性，在37°C烘箱中烘干。准确称取纯化后的碳纳米管1.5mg于4mL离心管中，加人30|xL0.05%Nafion2.97mL无水乙醇摇勻。实验用水为超纯水。2.2CRuSNPs的制备
分别取7.5mL环己烷、1.8mLTrionX-100和正己醇混合，加人300^L超纯水为分散相，搅拌0.5h后，依次加人50吣0.01moL/L三联吡啶钌和150^L0.5%壳聚糖溶液形成稳定的油包水结构，并加人适量NaOH溶液，将体系调为中性，然后持续搅拌1h，依次加人90^L正硅酸乙酯、60^L氨水，再持续搅拌24h，反应完全后，加人6mL丙酮破乳，离心收集复合纳米粒子，然后分别以乙醇、超纯水超声离心，吸取上清液得复合纳米粒子，最终将其分散在NaAc-HAc缓冲溶液（pH5.0)中，2°C保存。
2.3电化学发光传感器的制备
将玻碳电极（直径2mm)在0.05pmA^Og抛光粉上打磨光亮，分别在HNOg(1:1，K/K)，乙醇（1:1，V/V)，超纯水中超声3min，干燥后。取10^LNafion/MCNT混合液滴加于干净的玻碳电极表面，自然晾干。将修饰好的电极插人200^L均匀的CRuSNPs溶液中30min，CRuSNPs复合纳米粒子通过静电吸附随时间逐渐自组装于Nafion/MCNT电极表面，随后用0.01mol/LPBS(pH7.4)冲洗电极，去除非特异性吸附的CRuSNPs纳米粒子，随后，用循环伏安技术将CRuSNPs/Nafion/MCNT电极在0.9?1.4V的电位窗口下扫描至稳定，除去电极表面多余的Ru(bpy)3；+，最终可制得电化学发光传感器。图1为电化学发光传感器的原理图。
2.4实验方法
以CRuNPs/Nafion/MCNT/GCE修饰电极为工作电极，当电解池中的尿酸与修饰电极作用15min后，在~0.2?1.4V范围内进行循环伏安扫描，扫描速率为100mV/s，介质为0.10mol/LPBS缓冲溶液(含50mmol/LTPA，pH7.4)，光电倍增管负高压为800V，记录电化学发光信号，通过电化学发光强度值对尿酸进行定量分析，所有实验均在室温下进行，所有电位值均相对于Ag/AgCl参比电极。
3结果与讨论
3.1CRuSNPs的表征
对合成的CRuSNPs进行了TEM表征（图2)，由图2可知，所制备的纳米颗粒的平均直径为50nm且分散效果较好。CRuSNPs的紫外和荧光光谱图见图3。由图3A可知，合成的CRuSNPs复合纳米粒子与游离态的Ru(bpy)23+紫外吸收光谱形状相同，可知CRuSNPs在水溶液中具有很好的分散性。由图3B可知，在458nm激发波长下，游离态的Ru(bpy)〗+最大发射波长为596nm，而CRuSNPs的最大发射波长较Ru(bpy)]+蓝移了17nm，这可能是因为CRuSNPs溶液中的SiO-基团与Ru(bpy)〗+之间的静电吸附使得Ru(bpy)2/被束缚在SiO〗纳米粒子内部，致使CRuSNPs在溶液中时，很少与周围的水分子相互作用，显示出荧光发射波长相对较短[18]。
3.2传感器的电化学及电化学发光行为
实验对不同电极表面进行了电化学及电化学发光行为进行研究。由不同电极在0.1mol/LPBS(pH7.4)中循环伏安图（图4A)可见，Nafion/MCNT修饰电极（曲线b)的电流强于裸玻碳电极(曲线a)，这是因为MCNT具有较强的导电性，说明Nafion/MCNT已修饰于玻碳电极上，而CRuSNPs/Nafion/MCNT修饰电极（曲线c)的电流强于Nafion/MCNT修饰电极（曲线b)，这是因为CRuSNPs纳米粒子具有较大的比表面积，电子传导能力增强，且由曲线c还可看出，在+1.1V处出现可逆的氧化还原峰，这正是Ru(bpy)3+的特征峰，说明CRuSNPs已成功修饰于Nafion/MCNT上。
由不同电极在50mmoL/LTPA(0.1moL/LPBS，pH7.4)中的电化学发光图（图4B)可知，裸电极（曲线a)和Nafion/MCNT修饰电极（曲线b)几乎不发光，但将CRuSNPs纳米粒子固定在Nafion/MCNT修饰电极上时，出现明显的发光现象（曲线c)，这表明CRuSNPs已很好地固定在Nafion/MCNT电极表面，从而显示出良好的电化学发光行为。
稳定性和重现性对于构建可重复使用的修饰电极至关重要。由CRuSNPs/Nafion/MCNT修饰电极连续扫描电化学发光图（图4C)可见，Nafion/MCNT与CRuSNPs混合膜修饰电极在连续扫描10圈的过程中，电化学发光信号非常稳定。
3.3尿酸在CRuSNPs/Nafion/MCNT修饰电极上的电化学发光行为
考察了尿酸在CRuSNPs/Nafion/MCNT修饰电极上的电化学发光行为。如图5所示，当在0.10moVLPBS(含50mmoVLTPA，pH7.4)中加入1.0X10-7moVL尿酸时，电化学发光强度降低，证 明尿酸对CRuSNPs/Nafion/MCNT修饰电极上Ru(bpy)23+的电化学发光有抑制作用。众所周知，对于Ru(bpy)2+-TPA电化学发光体系，Ru(bpy)〗+被电氧化为Ru(bpy)3+，而TPA被电氧化为TprA-+，从而形成TprA-自由基，Ru(bpy)33+和TprA-反应得到Ru(bpy)2+#，Ru(bpy)2+#从激发态返回至基态便产生电化学发光。尿酸对该电化学发光体系的猝灭原因可能是由于尿酸的加入，消耗了部分Ru(bpy)3/所致。
3.4实验条件的选择
CRuNPs中的羟基能与尿酸中的胺基形成氢键，故CRuNPs/Nafion/MCNT/GCE修饰电极与尿酸的作用时间及体系的pH值均对电化学发光强度有一定的影响。由图6可知，随着反应时间延长，电化学发光信号逐渐降低，到15min时发光强度趋于平稳，再继续延长结合时间，响应信号几乎不变。这表明15min时即可达到猝灭最大程度，因此选择15min作为反应时间。实验考察了1.0X10-7mol/L尿酸在pH5.8?8.0范围内的电化学发光现象。结果表明，随着pH值增大，抑制效果先增大后减小，当pH=7.4时，抑制效果最大。因此选择pH7.4的缓冲溶液进行后续实验。
3.5干扰实验
在最佳实验条件下，当尿酸浓度为1.0X10-7mol/L，相对误差不超过±5%时，1000倍的K+，Na+，Fe2+，Zn2+，Ca2+，Mg2+，Cl-；500倍的葡萄糖、尿素、蔗糖；100倍的L-谷氨酸、L-赖氨酸、羟脯氨酸、抗坏血酸不干扰测定；50倍的草酸干扰测定，实验采取加入Ca2+消除干扰。
3.6传感器对尿酸的电化学发光响应
在优化实验条件下，按实验方法测定不同浓度尿酸电化学发光强度并绘制工作曲线（图7)。电化学发光强度和尿酸浓度（1.0x10-10?1.0x10_5mol/L)的负对数呈良好的线性关系，线性方程为:1ECL=-709.52-202.
3.7传感器的重现性和稳定性分析
用同一支传感器对1.0X10-8mol/L尿酸连续测定11次，电化学发光强度相对偏差为2.9%，用同一批次的5支传感器对1.0X10-8mol/L尿酸进行测定，电化学发光强度相对偏差为3.1%，说明此传感器有较好的重现性。为考察传感器的稳定性，使传感器吸附1.0X10-8mo^L尿酸溶液后，置于4T下保存，定期测定电化学发光信号值。14天内，电化学发光强度几乎不变，说明传感器的稳定性较好。
3.8样品测定
取3份新鲜尿液0.5mL于50mL容量瓶中，加人1.00mL0.01mol/LCaCl2以除去C2O〗，用高纯水定容，再将该溶液稀释1000倍，以此为分析样品，按照实验方法进行测定，同时，进行加标回收实验，测定结果见表1。加标回收率为98.5%?103.5%，RSD为2.3%?3.1%，表明本方法可用于实际样品的测定。
表1尿液样品分析及回收率实验
纳米粒子范文6
关键词 磁金纳米粒子； 牛血清白蛋白； 结合常数； 荧光光谱
1 引 言
磁金纳米粒子是兼有磁纳米粒子和金纳米粒子优点的复合纳米材料，金包覆的磁纳米粒子（Fe3O4/Au）在水相中分散良好，不易受酸碱腐蚀，在常温下表现出良好的顺磁性，并具有稳定的光学吸收特点，适用于传感器、生物医学等领域 ＼[1，2]。其金表面可以通过静电作用直接与抗体、细胞以及DNA等生物活性分子连接，且有利于保持生物活性。Fe3O4/Au复合粒子的超顺磁性也为样品的分离、富集、固定等提供了方便，是一种理想的载体。
血清白蛋白是血浆中最丰富的蛋白质[3]。该蛋白质的表面具有多个亲脂性的结合位点，可以与疏水性物质结合，如药物，尤其是具有中性和负电荷亲脂性的化合物[4]。蛋白质和药物的相互作用大大影响药物的生物活性，在药物的药代动力学和药效学中起重要作用[5]。在药物与白蛋白的结合中，非共价的分子间相互作用是主要的结合模式。为了研究非共价分子间相互作用，已经建立了一些方法以计算出结合常数，包括荧光光谱法[6]、毛细管电泳法[7]、色谱法[8]、表面等离子体共振（SPR）[9]、质谱（MS）[10]等。在这些方法中，荧光光谱法和电喷雾电离（ESI）质谱被广泛应用于定量研究。
牛蒡子是植物牛蒡（Arctiin lappa L.）的果实，是一种中草药，其主要活性成分是牛蒡子苷。牛蒡子具有疏散风热，宣肺透疹，消肿解毒，抗胰腺癌等活性[11，12]。
本实验首先合成了Fe3O4/Au纳米粒子，并通过紫外吸收光谱和扫描电镜对其进行表征。由于Fe3O4/Au纳米粒子的超顺磁性和生物相容性，将其作为牛血清白蛋白的载体。在外加磁场的作用下，Fe3O4/Au纳米粒子白蛋白药物复合物与游离药物分离，使非共价结合的白蛋白和药物均从样品溶液中分离出来，消除了药物测定时白蛋白的影响。白蛋白结合在Fe3O4/Au纳米粒子上的量可通过荧光光谱测定在溶液中白蛋白的残余量得到。与白蛋白结合的药物量可以通过荧光光谱测定样品溶液中游离药物的浓度得到。分别测定白蛋白和药物，使二者相互之间没有干扰。基于药物的浓度和白蛋白的量，通过Scatchard方程直接计算得到非共价复合物的结合常数和结合位点数。
References
1 Liu M L， Chen Q， Lai C L， Zhang Y Y， Deng J H， Li H T， Yao S Z. Biosens. Bioelectron.， 2013，
48： 75-81
2 Liu W Y， Zhang Y， Ge S G， Song X R， Huang J D， Yan M， Yu J H. Anal. Chim. Acta， 2013， 770： 132-139
3 Milena M， Anna K， Ewa S P， Marian W. J. Phys. Chem. B， 2013， 117： 15987-15993
4 Hammond T G， Regan S L， Meng X L， Maggs J L， Jenkins R E， Gerry Kenna J， Sathish J G， Williams D P， Kevin B. Toxicology， 2012， 290： 103-148
5 Sood N， Chaudhary D K， Singh A， Rathore G. Gene.， 2012， 511： 411-419
6 Bi S Y， Yan Y Y， Wang Y， Pang B， Wang T J. J. Lumin.， 2012， 132： 2355-2360
7 Jia Z G， Ramstad T， Zhong M. J. Pharm. Biomed. Anal.， 2002， 30： 405-413
8 Fitos I， Visy J， Simonyi M. J. Biochem. Biophy. Meth.， 2002， 54： 71-84
9 Liu X， Song D Q， Zhang Q L， Tian Y， Liu Z Y， Zhang H Q. Sens. Actuators B， 2006， 117： 188-195
10 Zhu M M， Rempel D L， Gross M L. J. Am. Soc. Mass Spectrom.， 2004， 15： 388-397
11 Yu B Y， Yan X P， Xiong J， Xin Q. Chem. Pharm. Bull.， 2003， 51： 421-424
12 Yu Z， Yokohira M， Takeuchi H， Saoo K， Yamakawa K. Cancer Lett.， 2005， 222： 145-151
13 Zhao X L， Cai Y Q， Wang T. Anal. Chem.， 2008， 80： 9091-9096
14 Ko S， Park T J， Kim H S. Biosens. Bioelectron.， 2009， 24： 2592-2597
15 Sun Y， Liu X， Song D Q， Tian Y， Bi S Y， Zhang H Q. Sens. Actuators B， 2007， 122： 469-474
16 Lyon L A， Musick M D， Natan M J. Anal. Chem.， 1998， 70： 5177-5183
17 Wang L Y， Sun Y， Wang J， Yu A M， Zhang H Q， Song D Q. J. Colloid Interface Sci.， 2010， 351： 393-398
