1.1 磁性纳米粒子性质

磁性纳米粒子综合了磁性材料和纳米材料两者的优点，具有比表面积大、磁响应性强、生物相容性好、超顺磁性、易于吸附等特点，已经在固定化酶[1-3]、细胞核酸蛋白质的分离[4-6]、药物载体[7-8]、传感器[9]、磁共振成像[10]等多个领域得到了研究和应用，引起了国内外科学研究者的极大兴趣。

1.1.1 小尺寸效应

当物质的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干波长或投射深度等物理尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将会被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减少，导致声、光、电磁、热力学等物理性质呈现新的特征。磁性纳米粒子的尺寸一般都小于100 nm，因此具备上述性质。

1.1.2 表面效应

   表面效应是纳米粒子表面原子数与总原子数之比随着颗粒直径的减小而增大，纳米粒子的表面能和表面张力也随之增大，从而导致纳米粒子性质发生重大变化的现象。如粒径10 nm的纳米粒子的比表面积为90 m2/g，当粒径下降到2 nm时，其比表面积猛增到450 m2/g，这样高的比表面积使处于表面的原子数越来越多，同时使表面能迅速增加。磁性纳米粒子的原子晶场中有许多空键，成不饱和状态，使磁性纳米粒子具有很高的活性。

1.1.3 吸附性

磁性纳米粒子具有巨大的比表面积，并且表面原子配位不足，因此与相同材质的材料相比，具有较强的吸附性。吸附是指相接触的不同相之间产生的结合现象。通常情况下，有两种吸附方式：一是物理吸附，吸附剂与吸附质之间的作用是以范德华力之类的物理力；二是化学吸附，吸附剂与吸附质之间的作用是化学键。

磁性纳米粒子的吸附性与吸附质、溶剂、以及溶液的性质有关，此外，电解质和非电解质溶液以及溶液的pH值等对磁性纳米粒子的吸附也会产生强烈的影响。

1.1.4 易团聚

在磁性纳米粒子的制备过程中，由于颗粒之间存在范德华力之类的作用，很容易发生团聚，但又由于其具吸附性，表面吸附带电离子后形成具有移动电位梯度的双电层结构阻止团聚。因此磁性纳米粒子是否发生团聚主要取决于这两个因素。当范德华力的吸引作用大于双电层之间的斥力时，磁性纳米粒子就发生团聚。通常情况下，在磁性纳米粒子的制备过程中是很容易团聚形成聚集体。为了解决这一问题，经常将磁性纳米粒子分散在溶液中，形成胶体，颗粒之间由于布朗运动可以在一定程度上避免团聚。

1.1.5 磁性

   磁性纳米粒子由于纳米尺度，故具备了一些特殊的物理性质，如单磁畴结构、超顺磁性、矫顽力高、磁导向性等性质，在磁记录材料工业、信息工业、生物医学领域有着十分巨大的应用前景，并且目前已取得不错的应用效果。

1.2 磁性纳米粒子的制备方法

1.2.1 化学沉淀法

化学沉淀法[11-13]是指在一种或多种金属离子的可溶性盐溶液中加入碱性沉淀剂（如OH-、C2O42-、CO32-等），或在一定温度下使盐发生水解，使得原料液中的金属阳离子形成各种形式的沉淀物从溶液中析出，再经过滤、洗涤、干燥等手段得到所需氧化物的方法。使用这种方法制备出的磁性粒子很容易达到纳米尺度，成分均匀，产品纯度高，烧结活性好，原料适应性强，因此是目前最常用的合成方法之一。随着科学的不断发展，在直接沉淀法的基础上又发展了部分氧化沉淀法、部分还原沉淀法、超声沉淀法等方法。

1.2.1.1 直接沉淀法

   直接沉淀法是指在混合的金属盐溶液中加入沉淀剂，使生成的沉淀从溶液中直接析出，将阴离子从沉淀中除去，再经干燥或煅烧制得纳米粒子粉末。常用的沉淀剂有氨水、氢氧化钠等。这种方法具有操作简单、制备成本低、产品纯度高、技术要求低等优势，但制备出的纳米粒子粒度较大，粒径分布较宽。这是最早的合成磁性纳米粒子的化学方法，早在1852年，Lefort就报道了用直接共沉淀法制备水基和油基磁性流体的方法。

1.2.1.2 部分氧化沉淀法

部分氧化沉淀法是在碱性条件下向Fe(OH)2的悬浮液中通入O2或者其它氧化剂（如H2O2等），将部分Fe2+氧化为Fe3+，生成Fe3O4磁性纳米粒子。其反应式为：3Fe2++4OH-+O2-→Fe3O4+2H2O。李发伸[14]等通过FeSO4·7H2O与KOH 反应生成的Fe (OH) 2溶胶中滴加质量分数5.0%的H2O2，直至溶液的pH值达到7.3，生成了Fe3O4纳米粒子，并且与共沉淀法生成的纳米Fe3O4颗粒相比，氧化沉淀法制备的Fe3O4颗粒约为18 nm，分布均匀，室温下显亚铁磁性，饱和磁化强度可达67×10-3A·m2/g。

1.2.1.3 部分还原沉淀法

部分还原沉淀法是以高价铁盐为原料，使用某些还原剂（如亚硫酸钠等）将部分高价铁离子还原成为亚铁离子，滴加碱液沉淀，析出Fe3O4磁性纳米粒子的方法。德州大学的Zhang, L. Y.等[15]使用部分还原法，以氯化铁为原料，在N2气的氛围中，使用亚硫酸钠还原部分Fe3+，再通过氨水沉淀，形成Fe3O4磁性纳米粒子。

1.2.1.4 超声沉淀法

超声波对化学反应起作用的主要原因在于超声波所产生的“超声波汽化泡”形成局部的高温高压环境和具有强烈冲击力的微射流。高温高压环境为微小颗粒的形成提供了所需的能量，使得沉淀晶核的生成速率可以提高几个数量级，沉淀晶核生成速率的提高使沉淀颗粒的粒径减小，而且，超声空化作用产生的高温和在固体颗粒表面的大量气泡也大大降低了晶核的比表面自由能，从而抑制了晶核的团聚和生长。另外，超声空化作用产生的冲击波和微射流的粉碎作用使得沉淀以均匀的微小颗粒存在。

1.2.2 水热法

水热法[16-18]是指在特制的密闭反应器中，以水为介质，通过加热创造一个高温高压的反应环境，使难溶或不溶的物质溶解并重结晶，再经分离和热处理得到产物的一种方法。该法的原理是：在高温高压的条件下，某些氢氧化物在水中的溶解度大于对应的氧化物在水中的溶解度,因此在氢氧化物溶入水的同时析出相应氧化物的纳米粒子。氢氧化物可以是作为反应物预先制备好再施加高温高压的条件，也可以通过化学反应在高温高压的条件下同时产生。

相对其他制备方法，水热法具有以下特点：(1)水热法可以直接得到结晶良好的粉体，无需作高温的灼烧和球磨处理过程，可以有效地避免形成的粉末发生硬团聚、结构缺陷等问题发生；(2)可得到合适的化学计量比和晶粒形态；(3)可使用较便宜的原料，成本低廉，工艺较为简单，能耗低，污染低。

1.2.3 球磨法

球磨法是指将具有磁性的块状材料用球磨机长时间的粉碎，然后分散到表面活性剂中，在高速离心机中处理几十分钟，除去直径大于25 nm的粒子，就可得到较小的磁性纳米粒子。该方法操作简单，但其不足之处在于费时多，生产周期长，效率低，制备的颗粒形状不规整，不适于批量生产，现在已经很少使用。

1.2.4 微乳液法

微乳液法[19-20]是近年来发展起来的一种制备纳米粒子的有效方法，它能够有目的地控制材料尺度、界面状态与表面状态。这种方法的原理是微乳液中形成纳米级的液滴，且彼此分离，每个液滴就是一个“微型反应器”,化学反应就被限制在这个“微型反应器”中，微粒的核化、生长及粒径大小都受反应器大小的控制，同时还能有效地避免微粒之间的团聚。微乳液一般分为2 类，即油包水型(W/O型)和水包油型(O/W型)。通常情况下，微乳液法制备需满足以下三个条件：(1)结构参数（颗粒大小、表面活性剂平均聚集数）和相行为应有较多的研究；(2)在一定组成范围内,结构比较稳定；(3)界面的强度应较大。

微乳液法的优点有：可通过改变溶剂的量、表面活性剂的量以及适当的反应条件控制粒径的大小及分布；可在粒子的表面包覆一层表面活性剂分子，得到不易团聚，稳定性好，能长时间保存的纳米粒子；可根据需要，通过选择不同的表面活性剂，制得所需特殊物理、化学性质的纳米粒子。其缺点有：乳化剂用量大，单体浓度小，产物纳米粒子纯度比较差，对于一些易聚集而沉积的聚合物，乳胶粒子形态仍难以控制，一些合成条件比较苛刻，如强酸、强碱或离子强度较高的情况下，难以得到稳定的微乳液。

1.2.5 前驱体热裂解法

前驱体热裂解法[21]是将铁前驱体,如FeCup3、Fe(acac)3、Fe(CO) 等进行高温分解得到铁原子，再由铁原子生成铁纳米粒子，将铁纳米粒子控制氧化得到Fe3O4。如果在热解法制备Fe3O4磁性纳米粒的同时，往体系中加入适量的基液和表面活性剂，可以通过一步法制得磁流体。该法所制得的磁流体性能取决于表面活性剂、载液、金属粒子间的比例关系。用该方法制备磁流体无需预先分离出磁性纳米粒子，磁性颗粒团聚小，磁流体稳定性高，但得到的磁流体中含较多未分解的前躯体，杂质较多，且该法会产生污染环境的CO气体，不适宜大规模生产[22]。

1.2.6 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶（Sol-Gel）法[23-25]是金属醇盐或无机化合物等前驱体在一定条件下水解生成溶胶，进而缩聚成凝胶，再经溶剂挥发或加热等方法处理，得到固体样品的方法。主要制备过程为：将酯类化合物或者金属醇盐溶解在某种溶剂中，形成均匀的溶液，溶液与溶质发生水解或醇解反应，形成溶胶，溶胶再经陈化过程形成凝胶，最后经干燥或加热处理制成成品。由于这种方法具有反应条件温和（经常是室温）、制备得到的粒子均匀度和纯度高（可达到分子或原子水平）、化学计量准确、易于改性和掺杂等优点，被广泛地应用于科学和工程领域，例如陶瓷工业、核燃料工业和电力工业。但此法还有许多不足：所用原料多为有机化合物，成本较高，有些对健康有害；处理过程时间较长，得到的产物容易开裂；若烧成不够完善，制品中会残留细孔及OH-，或残留碳而使制品带黑色。

1.3 磁性纳米粒子生产商

磁性纳米粒子意境在很多领域的应用取得进展，尤其在生物诊断领域高速发展，已经产生较大的市场规模。目前，该领域比较知名的自行纳米粒子国际制造商有Promega、Simens、Roche、Life等，国内性价比优异的制造商主要有普睿迈格Purimagbead、惠尔、英芮诚等。

厦门普睿迈格生物科技有限公司致力于磁性纳米粒子和磁性微球技术的研发和生产，现有纳米级、亚微米级和微米级各类磁珠提供，具体请参考产品页：

http://www.purimagbead.com/Product/