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一文读懂磁性SiO2在生物领域的应用

先丰纳米

2022-11-01

Fe₃O₄纳米粒子在磁靶向药物载体、生物分子分离、磁热疗等生物医学领域有着广泛的应用。但由于Fe₃O₄的疏水性，使粒子极为容易团聚，且单独的Fe₃O₄纳米颗粒在空气中不稳定，容易被氧化，难以直接应用。

近年来，有多种类型的材料被用于Fe₃O₄纳米粒子的表面修饰，包括高分子材料、贵金属、二氧化硅等。其中二氧化硅（SiO₂）被认为是在生物医学领域最具前景的磁性纳米粒子修饰材料，主要体现在以下几个方面：

包覆的SiO₂可以有效地屏蔽磁性纳米微粒的磁性偶极相互作用，减少粒子的团聚；

SiO₂可以保护磁性纳米微粒不被外界的酸性条件所腐蚀，并提高其生物相容性；

SiO₂稳定性高，可应用于有机、无机溶液，提高磁性微球的分散稳定性，而高分子磁球在有机溶液中易发生溶胀；

SiO₂表面有大量的硅羟基，易表面修饰及功能化。

磁性二氧化硅纳米粒子的应用

01.

靶向药物

Fe₃O₄@SiO₂纳米粒子具有良好的靶向性、生物相容性、功能基团和超顺磁特性等特点，通过外磁场的定位，可在Fe₃O₄@SiO₂材料表面荷载药物并送至病变部位实现靶向给药，特别是用于特定类型癌症的诊断。

近年来Fe₃O₄@SiO₂微球载药系统逐渐朝多功能的纳米颗粒发展，即可以将荧光染料、渗透促进剂、靶向基团、治疗剂、磁共振造影增强剂等连接在纳米粒子的表面或嵌入纳米粒结构中，形成多功能的复合纳米粒子。

02.

磁热疗

磁热疗是除了手术、化疗、放射疗法外，另一种治疗癌症的大有前途的方法。磁热疗法治疗肿瘤的机理是利用肿瘤细胞与正常细胞之间不同的热敏感性，当磁流体进入肿瘤组织后，将外部磁场所产生的能量转化成热量进而杀灭肿瘤细胞。

研究人员发现Fe₃O₄@SiO₂粒子被吞噬至肿瘤细胞内，依然保持着单分散的状态，并且在一定的磁场强度下处理1h，仅有10%的肿瘤细胞存活下来，每个存活的肿瘤细胞分裂成2个子细胞，每个子细胞中均含有母细胞中50%的磁性粒子，所以Fe₃O₄@SiO₂修饰过的磁性纳米粒子非常适合细胞的热疗法。

03.

生物富集与分离

Fe₃O₄@SiO₂纳米粒子在外磁场作用下具有较好的磁响应，可用于生物物质的快速富集与分离。如将磁性二氧化硅直接加入到目标蛋白质溶液中，待目标蛋白质与磁性微粒紧密结合后，利用外部磁场对其进行分离，整个分离过程不需要对混合溶液的pH值、温度、离子强度和介电常数进行调整，从而避免了传统分离过程中蛋白质的损失，分离技术具有快速、高纯、高收率等优点。