超顺磁性氧化铁纳米粒子的修饰及应用

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本文以乙酰丙酮铁(Fe(acac)3)为铁源,利用高温热分解法,采用“一锅式”反应技术制备合成出了磁性氧化铁纳米粒子,采用透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射分析仪(XRD)测试分析样品的形貌和晶体组成,激光纳米粒度和zeta电位仪测量样品的水合动力学粒径以及zeta电位值,SQUID分析样品的磁性能,傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析修饰在氧化铁表面的有机物官能团,X射线光电子能谱仪(XPS)分析氧化铁表面元素及元素化合价,感应耦合等离子体光谱仪精确测量样品中铁的浓度,普鲁士蓝、台盼蓝和MTT法测试样品的细胞毒性,3TMagneto Trio Tim磁共振成像仪测试样品在细胞内的成像及细胞标记,用TEM观察氧化铁在细胞内的分布。主要的研究内容如下:  (1)以聚乙二醇(PEG)作为溶剂,同时也作为还原剂、修饰剂,通过“一锅式”反应技术,制备以PEG为修饰剂的超顺磁性氧化铁纳米粒子(PEG-SPIONs),并在其表面进一步修饰了聚赖氨酸(PLL),FTIR和 XPS测试分析表明,PLL成功修饰在 PEG-SPIONs表面,并对其反应机理进行了讨论。实验结果表明,所制备的PEG-SPIONs绝大部分为等轴晶形,在水中均匀分布,其粒径的大小为9.4±1.4 nm,zeta电位显示PEG-SPIONs带电性,水合动力学粒径为18.8 nm,而修饰 PLL后,随着 PLL浓度的增加,PLL/PEG-SPIONs的水合动力学粒径从21.3nm逐渐增加到28.2 nm,电位也随放置时间发生改变(-8.9~-3.4 mV),PEG-SPIONs和PLL/PEG-SPIONs在300K条件下均呈现超顺磁性,并且其饱和磁化强度是53和44 emu/g。  (2)以聚乙二醇(PEG)作为溶剂,同时也作为还原剂,PVP为修饰剂,通过“一锅式”反应技术,制备以PEG和PVP为修饰剂的超顺磁性氧化铁纳米粒子(PEG/PVP-SPIONs),并在其表面进一步修饰了聚赖氨酸(PLL)(PLL/PEG/PVP-SPIONs),FTIR和XPS测试分析表明,PLL成功修饰在 PEG/PVP-SPIONs表面,并对其反应机理进行了讨论。实验结果表明,所制备的PEG/PVP-SPIONs绝大部分为等轴晶形,在水中均匀分布,其粒径的大小为9.9±1.7 nm,水合动力学粒径为21.2 nm,而修饰PLL后的水合动力学粒径变为31.3nm,电位从修饰前的0 mV变为-8.7 mV,PEG/PVP-SPIONs和PLL/PEG/PVP-SPIONs在300 K条件下均呈现超顺磁性,并且其饱和磁化强度是53.5和46.4 emu/g。  (3)以聚乙二醇(PEG)作为溶剂,同时也作为还原剂,PVP为修饰剂,通过“一锅式”反应技术,制备以PEG和PVP为修饰剂的超顺磁性氧化铁纳米粒子(PEG/PVP-SPIONs),并在其表面进一步修饰了聚乳酸(PLA)(PLA/PEG/PVP-SPIONs),FTIR和XPS测试分析表明,PLA成功修饰在 PEG/PVP-SPIONs表面,并对其反应机理进行了讨论。PEG/PVP-SPIONs和PLA/PEG/PVP-SPIONs都是超顺磁性的,SQUID测得饱和磁化强度分别为54.5和46.2emu/g。水合动力学粒径和电位分别为21.2nm,0 mV和52.4nm, -11.3 mV。TGA表明,修饰在PEG/PVP-SPIONs上的PLA含量大约为9.6%。因为高的磁性能和良好的水溶性,PLA/PEG/PVP-SPIONs有巨大的生物应用前景。  (4)水溶性SPIONs通过高分热分解法一步反应合成添加有不同电性的PEG、PVP或者 PEG、PEI(PEG/PVP-SPIONs或 PEG/PEI-SPIONs)。PEG/PVP-SPIONs和PEG/PEI-SPIONs都是超顺磁性的,并且饱和磁化强度分别为53.2和50.6 emu/g。水合动力学粒径及电位分别为19.6 nm,0mV和22.1 nm,24.6 mV。SD大鼠脂肪干细胞(ADSCs)孵化PEG/PVP-SPIONs和PEG/PEI-SPIONs用于磁共振成像(MRI)。对ADSCs孵化PEG/PVP-SPIONs和PEG/PEI-SPIONs12小时后的细胞标记效能做了检测。ADSCs孵化25μg/ml的PEG/PVP-SPIONs细胞内铁含量为7 pg/cell,孵化12和25μg/ml的PEG/PEI-SPIONs的细胞内铁含量分别为20和35 pg/cell。并对细胞活性做了检测,氧化主要出现在细胞内的囊泡中。与商业造影剂(Feridex,Feridex@PLL,Resovist and Resovist@PLL)对比,PEG/PEI-SPIONs各项性能都有着明显的优势。ADSCs研究表明PEG/PEI-SPIONs在ADSCs MRI标记方面是一种性能良好的造影剂。
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