纳米级磁共振造影微粒的制备与特性研究
【摘要】 目的：制备出磁响应性强、粒径小且分布均匀的纳米磁性微粒，为磁共振造影提供一种新型材料。方法：利用微粉化处理、悬浮稳定制备出纳米磁性微粒，通过扫描电镜和原子力显微镜观察微粒的形态和大小,磁强计检测微粒的磁响应性。结果：该法制备的磁性微粒多呈球形,其粒径为纳米级。在外加场强为104Oe、外部温度为18 ℃的条件下微粒的磁响应强度为(26. 0 ±1. 1) emu/ g ,撤除磁场时剩磁为零,显示微粒具有超顺磁性。结论：用该法制备的磁性微粒,具有有效粒径小、磁响应性好的优点,可作为一种新型磁共振造影剂。
【关键词】 纳米微粒; 核磁共振造影； 磁响应性； 超顺磁性
三氧化二铁( Fe2O3 ) 磁性微粒为药用辅料，毒性低［1］ ,具有磁响应性。当磁性微粒的粒径足够小时,具有超顺磁性［1］ ,即在外加磁场中有较强的磁性,撤离磁场时磁性很快消失,剩磁为零,不会被永久磁化。而在其晶粒表面包附生物大分子,使其具有生物活性,成为目前生物磁性材料领域的一个研究热点［2～4］ 。本研究探索制备出粒径为纳米级、磁响应性强、且表面包覆一层助悬剂的Fe2O3磁性纳米微粒,为进一步进行磁共振胃肠造影提供条件。
1 材料和方法
1.1 原料与仪器
原料: Fe2O3，实验室自制，粒径约20nm；羧甲基纤维素钠、山梨醇和黄原胶（食品级）。
仪器: 超高速气流粉体磨(宁波科生仪器厂) 、扫描显微镜(J SM25610LV ,J EOL ,Japan) 、原子力显微镜( NanoScope IV ,Veeco Inst ruments , USA) 、磁强计( 3257235 DC Magnetometer ,Japan) 。
1.2 制备
本实验利用研磨法在Fe2O3微粒表面包覆一层羧甲基纤维素钠、黄原胶等助悬剂，在超高速气流粉体磨中混合研磨，使微粒表面包覆上一层助悬剂，使其具有高度的分散性和在胃肠液酸性环境中的稳定性。
具体步骤如下: 称取羧甲基纤维素钠9 g，黄原胶4.5g，置1000ml水中，溶解后备用。称取Fe2O3 100 g，置50ml量瓶中，加水1ml，使Fe2O3粉末湿润。再分别加入羧甲基纤维素钠和黄原胶溶液至刻度，在超高速气流粉体磨中混合研磨，再超声使其均匀，得到包覆有助悬剂的磁性混悬液。
1.3 Fe2O3磁性微粒的性质检测
1.3.1 扫描电镜 将样品适度稀释后经常规处理进行扫描电镜观察。
1.3.2 原子力显微镜 滴1 滴样品于盖玻片上,晾干后置于原子力显微镜下,选择"tapping"模式进行观察。
1.3.3 磁响应性检测 将样品装于平底容器中,外加场强为104Oe ,温度为18 ℃条件下进行检测。重复测试3 次。
2 结果
经此方法制备的Fe2O3磁性微粒为红色胶质混悬液,是一种磁性流体，密封常温保存3 个月性质不改变。
2.1 扫描电镜观察
包覆后的微粒呈类球型,边缘呈半透亮的膜样表现，通过记数器来包覆比例，结果见图1，镜下可见,研磨后的磁性微粒粒度在500nm以下。
图1 纳米Fe2O3的扫描电镜图（略）
2.2 原子力显微镜观察
显示多数大小约为500 nm 的大颗粒是由数个球形或卵圆形微粒黏附在一起,每个微粒的粒径普遍在200nm 以下。另外,颗粒表面比较粗糙,似有绒毛样结构。因此,通过原子力显微镜观察,可以认为该方法制备出的微粒的实际大小为500nm 以下,甚至更小。
2.3 磁性微粒的磁响应性分析
在外加场强为104Oe 的情况下,微粒的磁响应强度为(26. 0 ±1. 1) emu/ g ,撤除磁场后剩磁为零,表示此法制备的Fe2O3磁性纳米微粒具有良好的超顺磁性。
3 讨论
磁共振成像以分辨力高，多方位及多参数成像在医学影像诊断中广泛应用。但其用于人体胃肠道影像的检查时，由于人体胃肠道重叠迂曲、腹腔内及腹膜后实质脏器受其缠绕、胃肠道内体液与病变不易区分等因素，不仅使胃肠道本身不容易显示，也使腹腔实质脏器不能很好的衬托勾画，影响图像对解剖结构和生化变化的解释和诊断。
实践表明，使用能使胃肠道在磁共振机各种序列显示低信号的"超顺磁性"造影剂，是解决腹腔及腹膜后脏器的勾画，诊断胃肠道病变的有效手段［5］。
磁性Fe2O3微粒,在外加磁场作用下可以在体内定向移动、定位浓集,具有可控性。
Fe2O3收录于《2000版药典》，为药用辅料，常用于药品包衣着色。不溶于水，在胃肠道内几乎不被溶解和吸收，经粪便排出。
本研究制备的Fe2O3磁性微粒表面吸附了一层助悬剂的长链分子，长链分子的一端吸附在磁性微粒的表面，另一端自由地在磁流体中作热摆动，助悬剂的主要作用是防止磁性微粒因团聚而沉淀。
黄原胶是食品添加剂，具有良好的粘度和优良的流变学特性，在冷、热水均能溶解，且在低浓度时有较高的粘度，托力为2.5Pa，粘度为1500～2000mm2/s，具有不受温度和pH影响的高粘度和悬浮力，还具有很强的假塑性，当溶液受到剪切力时，粘度迅速下降，易于流动，剪切力去掉，粘度立即恢复。当用于口服时，在口中因舌头转动和吞咽产生的剪切力，使粘度急剧下降而感觉清爽细腻，利于药物释放。并且黄原胶水溶液对热、pH、酶和氧化剂等有较高的稳定性。
加入羧甲基纤维素钠两者联用，可产生协同作用，既可减少对胃肠的刺激，又可增加磁性微粒的稳定性。
由于磁性流体是一种固液相胶体，在静止状态下时固体微粒的沉淀会使固液相发生分离，而且磁流体中的固相微粒是强磁性体，相互的静磁吸引力等也会使微粒凝聚成团而破坏磁流体的弥散稳定性。因此，为了保持强磁性微粒在基载液中长时间稳定地弥散分布，就必须减少磁性微粒的粒度，达到其在基载液中做无规则的布朗热运动，阻止重力作用造成的下沉。另外，当磁流体处于磁共振机中的梯度磁场中时，则其磁性微粒会在梯度磁场作用下也会变得不稳定。只有当磁性微粒足够小时，才会稳定分布，此时微粒就呈单畴状态，整个微粒沿一个易磁化方向自发磁化到饱和状态。由于微粒的磁各向异性能正比于微粒体积，当微粒的体积进一步减小时，其磁各向异性能也随之减小。如果微粒体积减小到其磁各向异性能与布朗热振动能相当时，磁矩就再也不能固定地沿易磁化方向排列，它的方向会由于热振动而自由改变，这时微粒就处于超顺磁状态。一般，磁性微粒的粒度必须小到纳米级时才能处于超顺磁状态。
综上所述，本研究成果为进一步进行磁共振胃肠造影提供了理论依据和实验条件。
【】
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