超顺磁氧化铁纳米颗粒/CoFe2O4@MnFe2O4/磁性材料CoFe2O4(443 W/g)/氧化铁纳米环

超顺磁性氧化铁纳米颗粒（Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles，SPION），内核直径在3nm至15nm之间，已被应用于越来越多的研究中。在生物医学领域的实际应用包括：磁细胞标记、分离和追踪；用于磁高温治疗及药物递送；用于诊断目的，如造影剂磁共振成像。

在水溶液中，纳米颗粒可以划分为四个部分：内核、锚、间隔层和可选的表面功能分子。（[1]the core, [2]anchor, [3]spacer and [4]optional surface functionalities）

这些组件的每一部分都可以单独调整，致使NPs具备多种多样的功能。纳米颗粒的尺寸，稳定性，分散剂层的厚度及表面功能性官能团直接影响了纳米颗粒在生理环境下的性能。

纳米颗粒的位阻稳定性

位阻稳定性依赖于聚合物分子，即纳米颗粒内核的分散剂。分散剂在颗粒内核周围形成一层足够厚的shell，用以克服范德华力，并且形成磁势能使胶体在条件改变情况下（稀释、高盐浓度及高温）长期稳定。用于空间位阻稳定超顺磁性氧化铁NPs的分散剂大致可分为两种官能团。一种官能团由重复单元组成，它们与氧化铁NPs表面亲和力低，另一种官能团通常由高亲和力的锚共价连接到一个低分子量的间隔层（Mw通常低于10 kDa）组成。合适的分散剂能使NPs在高离子强度及生理条件pH值下稳定，这对于NPs在生物中的应用非常关键。

1. 高分子分散剂的物理吸附作用

用于临床的SPIONs通常包覆了聚合物层，例如：葡聚糖、藻酸盐、壳聚糖、聚(乙烯胺)和聚(丙烯酸)等，或者通过静电吸附带电荷的聚合物，例如：聚(乙烯亚胺)。这些聚合物分子缺少一个能与NPs表面高亲和力的锚（anchor），并且通常分子量大于10 kDa。因此，这类分散剂常常包覆多个NPs核并形成团簇体（cluster）。这种团聚体的水动力学直径会比单个颗粒大上好几倍，如果应用到体内其血液循环时间会急剧降低。

2. 锚定低分子量分散剂

低分子的分散剂可以通过“grafting to” 或者 “grafting from”技术实现。如图a，“grafting from”中，引发剂通过化学键结合到NPs表面，间隔层随后通过原位生长的方式结合到NPs表面，这种方式形成高度堆积的分散剂，使得NPs具有良好的分散性。

如果在低分子量分散剂吸附在NP表面之前合成了它们，就可以用常规的化学表征方法对它们进行表征。如图b，低分子量分散剂可以使用合适的锚接枝到NPs表面而不需要原位生长的方式。这种自组装的方式具备的优点是经济实惠、可再生和易于扩大规模。

3. 锚点

无论低分子量分散剂是接枝在表面还是从表面上，它们都必须通过合适的锚固定在NP表面上。理想情况下，锚具有强的结合亲和力，能够不可逆的结合到未包覆的NPs上，并且能够取代疏水性覆盖层，例如油酸（油酸通常作为单分散SPIONs合成的表面活性剂）。当然，满足这些严格要求的锚既可在NP表面固定分散剂，又可接枝聚合物刷。通常使用的用于SPIONs的锚有邻苯二酚或邻苯二酚衍生物，羧酸盐，磷酸盐及硅烷类物质。邻苯二酚衍生物因其与氧化铁表面具有强的亲和力已被广泛研究，其中在氧化铁纳米颗粒表面锚定低分子的PEG使其具有良好的分散性。

4. 间隔层

除了锚之外，合适的间隔层对于纳米颗粒的稳定性也很重要。间隔层能让颗粒之间不至于间隔太近，当颗粒间隔很近时，范德华力和磁性吸引力占主导地位，颗粒容易吸附到一起形成聚集体而沉降。如果两个位阻稳定的颗粒互相接近，各自的聚合物层能使其保持一定的间隔。这降低了分散剂的熵，增加了NPs之间的渗透压。这种产生的斥力依赖于分散剂的密度分布，堆积密度，结合的可逆性及溶剂的质量。如果这些参数已知，将极大地促进空间稳定核壳NPs的设计和优化。

超顺磁性四氧化三铁颗粒（USPIO/SPIO）造影剂

 

CT成像显影剂

MRI磁共振成像成像显影剂

Gd类、含Mn类的顺磁阳性显影剂

含氧化铁的超顺磁物质

影像对比剂

活体荧光造影剂

T2对比剂（顺磁性铁锰）

MRI造影

CT造影

荧光造影

超声造影

SPECT影像

影像双模态

MRI的T1造影剂

T1造影剂

Gd类的顺磁阳性显影剂

含Mn类的顺磁阳性显影剂

氧化铁的超顺磁物质

MRI成像显影剂

双核素PET-CT显影剂/示踪剂

多层面螺旋CT胆影葡胺显影剂

生物荧光成像CT显影剂

SPECT/CT显影剂

稀土上转换纳米荧光探针CT显影剂

巴胺转运蛋白显影剂

SPECT/CT同机融合脑成像

18F-FDG显像剂

钡磷灰石显影剂

新型含氟药物氟代吲哚美辛PET显影剂

ct/mri双显影剂

氟-19磁共振/荧光双模态显影剂(19F MRI)

Au/Fe3O4复合CT/MRI双模态造影剂

四氧化三铁纳米粒子的磁共振成像造影剂

T2类造影剂Fe3O4-BSA

Gd-DTPA修饰的金纳米粒子Au-BSA-Gd-DTPA(Gd-Au NPs)

新型TO-Au纳米粒子荧光/CT

CT成像造影剂(Au-BSA-DTA)

荧光/T1-MRI双功能造影剂

Gd(AA)3Phen造影剂

Eu(AA)3Phen造影剂

两亲性的双模态显影剂(显影剂A1,A2,A3)

氟-19磁共振/荧光双模态显影剂A3

树状大分子的CT/MRI双重成像造影剂

wyf 04.08