基于圖像測定磁性納米材料磁矩參數(shù)的研究.pdf

1、近年來，磁性納米材料以其磁學性質(zhì)廣泛應用于生物醫(yī)學研究中，磁性納米粒子可以作為藥物載體，通過外加梯度磁場，將藥物輸送至腫瘤部位，起到靶向治療的作用。磁性納米粒子還可以用于磁熱療，將磁性微粒輸送至病灶區(qū)域，在外加交變磁場的作用下，磁性微粒產(chǎn)生磁熱效應從而殺死病變細胞。磁性納米粒子還可以用作MRI造影劑，如超順磁性的氧化鐵納米粒子具有較高的弛豫率和低廉的價格，并且有良好的耐受性、生物相容性及穩(wěn)定性。了解磁性納米粒子的磁學性質(zhì)對其應用具有重要

2、的意義，磁矩是磁性材料最基本的磁學參數(shù)，很多磁強計測量原理就是先測出樣品的磁矩，再轉換為其他參數(shù)。測量磁性納米材料磁矩的磁強計可按照測量樣品的尺寸分為三類，在第一章中分別介紹了針對單個磁性納米顆粒磁矩測量方法:磁力顯微鏡、洛倫茲顯微術;針對微尺度磁性納米聚集體磁矩測量方法:超導量子干涉儀、巨磁電阻傳感器、磁光克爾效應儀;針對大量磁性顆粒聚集體磁矩測量方法:振動樣品磁強計、磁天平、電子順磁共振儀。簡述了各個方法的原理及發(fā)展現(xiàn)狀。
　

3、　本論文主要研究的內(nèi)容和結果如下:
　　第二章分析了磁矩的測量對于研究磁性材料磁學性質(zhì)具有重要的意義，而磁性粒子間的相互作用會影響其磁化強度，從而改變其磁矩大小。考慮到磁性納米顆粒膠體中粒子間的相互作用力，我們提出了一種基于動力學與數(shù)字圖像處理技術的測量磁性納米顆粒膠體液滴磁矩的新方法。將微量的水相磁性納米顆粒膠體(2uL)置于與其密度相同的有機液體中，磁性膠體液滴會在水張力的作用下形成圓球形并懸浮在有機液中。然后外加梯度磁場，膠

4、體液滴會在磁力的作用下沿著磁場增大的方向運動。對膠體液滴水平方向進行受力分析，得到關于液滴速度、加速度、粘滯阻力以及磁力的方程式，即可以通過測量液滴的速度、加速度，得到液滴所受磁力，從而推算出液滴的磁矩。在第二章中，進行了計算機數(shù)值模擬實驗，證明了此方法的可行性。并且對影響測量的靈敏度的因素進行了分析，得出結論圖像采集裝置的采集速度越快，磁矩測量的靈敏度越高。
　　第三章中介紹了實驗裝置，使用Ansoft軟件對裝置中的”C”型電磁

5、體的磁場分布進行了模擬，并使用特斯拉計測量了外磁場強度，對測量值與距離的關系進行四階多項式擬合，再對多項式求導得到磁場梯度與距離之間的函數(shù)關系。配置與磁性納米溶液濃度相當?shù)挠袡C液，觀察到磁性納米粒子團形成球形并懸浮于有機相中，外加梯度磁場，液滴在運動的過程中始終保持均勻的球形。所以，我們可以將磁性納米顆粒膠體液滴看作整體進行分析。
　　第四章和第五章是本文的核心，第四章中測量了不同尺寸的磁性納米顆粒膠體液滴的磁矩大小，證明了當磁場

6、方向與液滴運動方向相同時，磁性粒子間的磁偶和作用會增強其磁化強度。實驗中，分別測量了不同尺寸的γ-Fe2O3與DMSA@Fe2O3磁性納米膠體液滴的磁矩，兩種材料均是由水動力尺寸為82nmγ-Fe2O3磁性納米顆粒膠體制備而成。結果得出水動力尺寸為598nm的γ-Fe2O3磁性納米膠體液滴總磁矩大于水動力尺寸為83nm的DMSA@Fe2O3。并且磁熱效應強度也與水動力尺寸成正相關。另外，從不同尺寸的Fe3O4磁性納米膠體液滴磁矩的測量結

7、果中可以看出，水動力尺寸接近的磁性納米顆粒膠體液滴磁矩大小接近。水動力尺寸較大的液滴在磁場作用下，運動的過程中會出現(xiàn)明顯的團聚現(xiàn)象，整個液滴呈固液分離的狀態(tài)。磁矩明顯大于水動力尺寸較小的磁性顆粒液滴。通過測量數(shù)據(jù)驗證了本方法能夠定量測量不同水動力尺寸的磁性納米顆粒膠體液滴的磁矩。在第五章中，我們?nèi)舛确謩e為6mg/ml，3mg/ml，1.5mg/ml，0.75mg/ml的DMSA@Fe2O3磁性納米膠體，也使用本文提出的新方法測量了這四