● 摘要
磁性纳米粒子具有独特的磁学性质，如超顺磁性和高饱和磁化强度等，而且生物相容性较好，毒副作用小，在靶向药物载体、磁共振成像、细胞和生物分子分离、免疫检测等生物医学领域具有广阔的应用前景，近年来备受人们青睐。但磁性纳米材料易被氧化，生产、处理以及保存所需的条件很苛刻。通过构建核-壳结构，用氧化物或贵金属包覆磁性核，能够有效地保护核材料，另外，外壳部分还可以使颗粒多功能化，使其具有生物兼容性，改变其磁、光、电、催化特性。本文采用新型微流控技术制备了三种磁性核壳结构纳米材料，研究了材料的核磁共振效应，探讨了材料在磁共振成像（MRI）方面的应用。主要包括以下三部分。
首先，通过微流控一步法，制得具有稳定的核壳结构的CoFeAl@Al2-x(CoFe)xO3纳米颗粒，颗粒的总体尺寸在5nm左右（内核直径为2.27±1.05nm，壳层厚度比较均一，厚度为2.23±1.11nm）。磁性测量结果表明，材料的饱和磁化强度（Ms）大于15.8 emu/g, 矫顽力（Hc）较大，约为8.29Oe，且存在较大的磁偏置现象，经场冷却/零场冷却（ZFC/FC）测量结果可知，材料的阻滞温度（Tb）约为105K，在室温下表现为超顺磁特性。
其次，采用同样的方法制备了FeZn@Zn1-xFexO纳米颗粒，尺寸为3.3±0.6nm，颗粒核壳晶型都很明显，外壳部分包覆了近半个颗粒且具有良好的晶型，说明所制备的纳米颗粒也是核壳结构，只是壳层并没有实现全部包覆。磁性测量结果表明，材料的Ms约为7.98emu/g，Hc约为5.13Oe，无磁偏置现象；从ZFC/FC曲线可知，该材料的阻滞温度约为107K，故此种材料在107K温度以上皆具有超顺磁性，由此可知，通过微流控法所制备的此核壳结构纳米材料在常温下具有超顺磁特性。紫外-可见分析（Uv-vis）结果表明，样品在302nm处存在较强的紫外吸收峰，与纯的纳米ZnO相比，存在较大的蓝移，此现象可能是由于Fe、ZnO之间不同的介电常数及颗粒的小尺寸效应共同作用引起的。
然后，通过微流控法两步法，制备核壳结构Au@CoFe纳米颗粒，并研究了包覆前后材料磁、光性能的变化。经透射电镜以及XRD进行形貌、结构分析可知，颗粒具有明显的核壳结构且晶明显；磁性测量结果表明，Au@CoFe的Hc与包覆前相比明显增大，约为13.5Oe，且磁滞回线有明显磁偏置，Ms为4.36emu/g，比包覆前有所降低，颗粒的Tb约为283K，在常温下表现为超顺磁特性。此外，Uv-vis测量结果表明，Au赋予Au@CoFe纳米颗粒独特的表面等离子共振效应，紫外吸收峰发生了明显的红移，此现象产生的原因可能是磁性壳包覆Au核后，界面增强的磁电耦合作用所引起的。
简言之，我们对三种核壳结构纳米材料的核磁共振效应进行了系统研究，三种纳米材料均具有优异的常温超顺磁特性，且在水中均具有很好的分散性，分散度均大于10mg/mL。核磁共振检测表明，在浓度小于1.5mg/mL时，CoFeAl@Al2-x(CoFe)xO3纳米颗粒可作为T1, T2以及CE-MRA对比剂，浓度再增大，T1, CE-MRA的信号强度明显变差，但仍适合作为T2对比剂，在低浓度下具有很好的显影效果；在浓度低于4.1mg/mL时，FeZn@Zn1-xFexO核壳结构纳米颗粒可作为T1, T2及CE-MRA对比剂，在较大浓度时，不适合做T2对比剂，但仍是很好的T1以及CE-MRA对比剂；Au@CoFe不适合做T2对比剂，用于T1对比剂时需要较大的浓度时才可以有较好的检测信号，CE-MRA的信号强度随着浓度增大而线性增大，是很好的血管造影剂，具有很好应用前景。