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1、(10)申请公布号 CN 103861108 A (43)申请公布日 2014.06.18 CN 103861108 A (21)申请号 201410074604.0 (22)申请日 2014.03.03 A61K 47/02(2006.01) A61N 2/04(2006.01) A61F 7/00(2006.01) A61P 35/00(2006.01) (71)申请人 西北大学 地址 710069 陕西省西安市太白北路 229 号 西北大学 (72)发明人 樊海明 刘晓丽 任兆玉 白晋涛 (54) 发明名称 新型涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质及其在肿 瘤磁热疗中的应用 (57) 摘要 本发明。
2、公开了一种新型高性能涡旋磁畴铁基 纳米磁热疗介质及其在肿瘤磁热疗中的应用。这 种独特的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质包含具有 涡旋磁畴铁基纳米颗粒的核， 采用具有生物兼容 性良好的有机聚合物或无机材料对核进行包覆， 形成磁溶胶。本发明提供的涡旋磁畴铁基纳米磁 热疗介质具有涡旋磁态， 有高的磁饱和强度， 分散 稳定性好， 有高的磁滞热损耗， 高的产热效率 ( 比 吸收率)， 例如涡旋磁畴Fe3O4纳米环的比吸收率 为 2000-3000 瓦特 / 克 Fe， 比商业使用的菲立磁 的磁产热高一个数量级， 可有效地杀死癌细胞。 而 且还兼具有良好的生物相容性、 安全无毒， 在生物 医学中有很广泛的应用前。
3、景。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图7页 (10)申请公布号 CN 103861108 A CN 103861108 A 1/2 页 2 1. 一种新型涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 其特征在于， 所述铁基纳米磁热疗介质包 含具有涡旋磁畴铁基纳米颗粒的核， 采用具有生物兼容性良好的有机聚合物或无机材料对 核进行包覆。 2. 根据权利要求 1 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 其特征在于， 所述具有涡旋 磁畴铁基纳米颗粒的核是 MFe2O4、 FeCo、 FeP。
4、t、 Fe 等铁磁或亚铁磁纳米晶颗粒， 其中， M 为 Fe、 Co、 Mn 或 Ni。 3. 根据权利要求 2 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 其特征在于所述具有涡旋 磁畴铁基纳米颗粒的核的形貌主要为具有涡旋磁畴的纳米环或纳米片， 所述纳米环或纳米 片主要是通过如下步骤制得 ： SS1 ： 通过离子辅助的水热途径先合成 -Fe2O3 相， 该方法 是指在密封的反应釜中， Fe3+ 作为反应试剂， 在高温高压条件下， 过饱和而析出晶体， 在这 个过程中 PO43- 选择性吸附在平行 c 轴方向的晶面上， 在动力学平衡和热力学平衡的情况 下， 优先沿 c 轴方向溶解 -Fe2O3 颗粒而形成。
5、纳米环。具体试验过程为 ： 取 0.5mL-2.0mL FeCl3(0.1-10M)水溶液、 0.1mL-1mL NH4H2PO4(0.001-0.1M)水溶液和去离子水混合于反应 釜， 搅拌均匀， 在120-220反应8-60小时， 反应结束后， 等温度自然降到室温， 用体积比 为 1 1 的酒精和水洗 3 遍， 烘干， 得到 -Fe2O3 红色固体粉末 ； SS2 ： 然后再用还原剂将 合成的 -Fe2O3 还原成磁性铁基纳米环或纳米片， 其中还原剂为 1 -5 H2/99 -95 Ar。具体试验过程为 ： 直接称量一定质量的 -Fe2O3 纳米环或纳米片放于卧式石英管式 炉， 通入 1 。
6、-5 H2/99 -95 Ar， 在 350 -400还原 1-2 小时， 得到黑色粉末固体， 即 得 -Fe2O3， Fe3O4 或高含量 Fe 纳米环或纳米片 ； 将一定浓度的 Co、 Mn、 Ni、 Pt 金属化合物与一定质量的 -Fe2O3 纳米 环或纳米片混 合， 在 60-100加热充分搅拌， 加入一定浓度的 NaOH， 充分反应后， 离心分离沉淀物， 将沉 淀物放于卧式石英管式炉， 通入1-5H2/99-95Ar， 在350-400还原1-2小时， 得到黑色粉末固体， 即得磁性固体物质 MFe2O4、 FeCo、 FePt、 Fe 等铁磁或亚铁磁纳米晶颗 粒， 其中， M 为 C。
7、o、 Mn、 Ni。 4. 根据权利要求 1 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 前提条件要具有涡旋磁畴的 纳米环或纳米片。 5. 根据权利要求 4 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 当所述为铁基纳米环时， 其 满足具有涡旋磁畴的条件范围如下 ： 0.85 内径与外径之比 0.2， 500 微米外径 60 纳米， 100 微米厚度 10 纳米。 6. 根据权利要求 4 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 当所述纳米片为铁基纳米片 时， 满足具有涡旋磁畴的条件范围如下 ： 500 微米外径30 纳米， 100 微米厚度 15 纳 米。 7. 根据权利要求 1 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质，。
8、 所述的包覆磁核的有机聚合 物为天然及合成的生理上可耐受的具有水溶性的大分子聚合物以及衍生物。 8. 根据权利要求 1 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 其中所述的涡旋磁畴铁基纳 米颗粒核与同表面相结合的包覆材料的重量比为 10 1 至 1 10。 9. 根据权利要求 1 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 其特征在于， 所述的铁基纳 米磁热疗介质可有效负载抗癌化疗剂， 包括阿霉素， 阿霉素、 柔红霉素、 5- 氟尿嘧啶、 紫杉 醇、 洛铂、 博莱霉素， 多西他赛、 吉西他宾、 异长春花碱、 羟基喜树碱等。 权 利 要 求 书 CN 103861108 A 2 2/2 页 3 10. 权利要。
9、求 1 至 10 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质在肿瘤磁热疗 及热化疗联 用中的应用。 权 利 要 求 书 CN 103861108 A 3 1/7 页 4 新型涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质及其在肿瘤磁热疗中的 应用 技术领域 0001 本发明涉及一种新型磁热疗介质， 具体说， 是涉及一种具有涡旋磁畴的铁磁或亚 铁磁铁基纳米颗粒作为高性能磁热疗介质在肿瘤热疗中的应用， 属于纳米材料生物医学应 用领域。 背景技术 0002 近年来， 随着科学技术的发展， 磁性纳米材料在生物医学上的应用开始广泛起来， 其中， 在用磁性纳米材料进行癌症治疗过程中， 磁热疗成为一项重要的治疗癌症的辅助手 段并卓有成效。
10、， 被认为是继手术、 放疗、 化疗、 免疫疗法之后的第五大疗法。 磁热疗是通过植 入或介入的方法使磁介质适形分布于治疗靶区内， 在外部中频交变磁场的作用下， 治疗靶 区内快速形成 42-45左右的高温区， 选择性杀死肿瘤细胞， 同时不伤及周围正常组织， 实 现肿瘤的靶向治疗。 作为一种新的肿瘤治疗手段， 磁热疗具有创伤小、 痛苦小、 治疗时间短、 保护正常组织功能、 介质一次植入后可重复治疗等特点。目前， 德国、 日本和美国等均已有 临床成功案例。 0003 磁热疗的基本治疗机理是利用铁磁材料的磁滞效应在交变磁场下感应升温特性 实现物理热疗。 磁性颗粒在交变场下的热转换效率可通过比吸收率(sp。
11、ecific absorption rate， SAR) 来量化标定， 单位是瓦 / 克。根据临床使用的要求， 交变磁场的场强限制在 10-50kA/m， 频率通常在100kHz至1MHz。 在同样条件的交变磁场下， 磁滞产热与磁性颗粒的 磁饱和强度、 磁溶胶的稳定性以及磁性颗粒磁滞曲线的面积有直接的关系。目前最具代表 性的纳米磁热疗介质是具有较高生物相容性的四氧化三铁单磁畴超顺磁纳米颗粒。 但是由 于其本身较小的尺寸(通常小于10nm)和低磁化强度限制导致了可允许的交变磁场范围内 较小的热转化效率 (SAR 通常在 300 瓦 / 克左右 )， 从而不能满足肿瘤热疗的需求。然而， 尺 寸较大。
12、的微纳米晶， 虽有很高的磁饱和强度、 很大的磁滞面积， 但是由于颗粒之间强的磁偶 极相互作用而使得磁溶胶有凝聚、 沉淀等现象发生， 从而大大地减小热转化效率。另外， 由 纳米微晶团聚而成的大尺寸超顺磁颗粒也具有较大的磁饱和强度， 但是由于颗粒之间的磁 偶极相互作用导致较小的比吸收率。因此， 发展和探索一种新型的磁性颗粒作为磁热疗介 质， 既具有接近体相材料的优良磁性而同时又具备超顺磁纳米颗粒的溶胶分散性， 从而具 有很高的磁热转化率是解决当前问题的有效策略。 稳定涡旋磁畴纳米颗粒是一种特殊形貌 的铁磁或亚铁磁性纳米材料， 由于其特殊的尺寸边界效应， 导致稳定的磁化方向是环状封 闭结构形成涡旋态。
13、， 代表性的形状有环状和片状铁磁性纳米颗粒。 以涡旋磁畴纳米环为例， 它的磁学特性与体相铁磁体不同， 即没有剩磁和矫顽力， 在无外场的情况下， 涡旋磁畴的纳 米环之间无磁相互作用， 整体不显现磁极性， 因此可以形成稳定的磁溶胶， 从而用于生物医 学。与超顺磁纳米材料相比， 在外场存在的情况下， 其发生 vortex state 到 onion state 相转变， 迅速被磁化， 其磁化强度明显大于超顺磁纳米颗粒并具有较大的磁滞曲线面积。 本 专利发明人已报道这类特殊磁性质的纳米环作为磁共振成像的应用， 并且有很好的 T2* 增 说 明 书 CN 103861108 A 4 2/7 页 5 强效。
14、果。 发明内容 0004 针对现有技术所存在的上述问题和需求， 本发明目的是提供一种新型涡旋磁畴铁 基纳米磁热疗介质及其在肿瘤热疗中的应用， 该磁热疗介质既具有高的磁滞损耗， 高的饱 和磁化值， 同时又具有超顺磁纳米颗粒所具备的稳定的磁溶胶， 从而能具有很强的比吸收 率。 0005 为实现上述发明目的， 本发明采用的技术方案如下 ： 0006 一种新型涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质包含具有涡旋磁畴铁基纳米颗粒的核， 采 用具有生物兼容性良好的有机聚合物或无机材料对核进行包覆， 形成稳定的磁溶胶。该热 疗介质的显著磁学性质是降低退磁能而具有涡旋磁畴， 具有大的磁滞损耗。 0007 作为优选方案， 所。
15、述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质中具有涡旋磁畴铁基纳米颗 粒的核是 MFe2O4、 FeCo、 FePt、 Fe 等铁磁或亚铁磁纳米晶颗粒， 其中， M 为 Fe、 Co、 Mn 或 Ni。 0008 作为优选方案， 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质中具有涡旋磁畴铁基纳米颗 粒的核的形貌主要为具有涡旋磁畴的纳米环或纳米片， 所述纳米环或纳米片主要是通过 如下步骤制得 ： SS1 ： 通过离子辅助的水热途径先合成 -Fe2O3相， 该方法是指在密封的反 应釜中， Fe3+作为反应试剂， 在高温高压条件下， 过饱和而析出晶体， 在这个过程中 PO43-选 择性吸附在平行 c 轴方向的晶面上， 在动力。
16、学平衡和热力学平衡的情况下， 优先沿 c 轴方 向溶解 -Fe2O3颗粒而形成纳米环。具体试验过程为 ： 取 0.5mL-2.0mL FeCl3(0.1-10M) 水溶液、 0.1mL-1mL NH4H2PO4(0.001-0.1M) 水溶液和去离子水混合于反应釜， 搅拌均匀， 在 120 -220反应 8-60 小时， 反应结束后， 等温度自然降到室温， 用体积比为 1 1 的酒精 和水洗 3 遍， 烘干， 得到 -Fe2O3红色固体粉末 ； SS2 ： 然后再通过还原剂将合成的 -Fe2O3 还原成磁性铁基纳米环或纳米片， 其中还原剂为 1 -5 H2/99 -95 Ar。具体试验过 程为。
17、 ： 直接称量一定质量的 -Fe2O3纳米环或纳米片放于卧式石英管式炉， 通入 1 -5 H2/99 -95 Ar， 在 350 -400还原 1-2 小时， 得到黑色粉末固体， 即得 -Fe2O3， Fe3O4 或高含量 Fe 纳米环或纳米片 ； 0009 将一定浓度的 Co、 Mn、 Ni、 Pt 金属化合物与一定质量的 -Fe2O3纳米环或纳米片 混合， 在 60-100加热充分搅拌， 加入一定浓度的 NaOH， 充分反 应后， 离心分离沉淀物， 将 沉淀物放于卧式石英管式炉， 通入 1 -5 H2/99 -95 Ar， 在 350 -400还原 1-2 小 时， 得到黑色粉末固体， 即。
18、得磁性固体物质 MFe2O4、 FeCo、 FePt、 Fe 等铁磁或亚铁磁纳米晶颗 粒， 其中， M 为 Co、 Mn、 Ni。 0010 作为优选方案， 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 前提条件要具有涡旋磁畴。 0011 作为优选方案， 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 当所述纳米环为 Fe3O4纳米 环时， 满足具有涡旋磁畴的条件范围如下 ： 0012 当内径与外径之比为 0.4 时， 500 微米外径 60 纳米， 100 纳米厚度 10 纳 米以及外径在 40 纳米 -60 纳米之间， 厚度在 10 纳米 -100 纳米之间的特定条件下 ； 0013 当内径与外径之比为 0.6。
19、 时， 500 微米外径 60 纳米， 100 纳米厚度 10 纳 米以及外径在 40 纳米 -60 纳米之间， 厚度在 10 纳米 -100 纳米之间的特定条件下 ； 0014 当内径与外径之比为 0.8 时， 500 微米外径 70 纳米， 100 纳米厚度 10 纳 说 明 书 CN 103861108 A 5 3/7 页 6 米以及外径在 35 纳米 -70 纳米之间， 厚度在 10 纳米 -100 纳米之间的特定条件下。 0015 作为优选方案， 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 当所述纳米片为 Fe3O4纳米 片时， 满足具有涡旋磁畴的条件范围如下 ： 0016 500 微米外径。
20、 80 纳米， 100 纳米厚度 15 纳米以及外径在 60 纳米 -80 纳 米之间， 厚度在 10 纳米 -100 纳米之间的特定条件下。 0017 作为优选方案， 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 所述的包覆磁核的有机聚 合物为天然及合成的生理上可耐受的具有水溶性的大分子聚合物以及衍生物。 0018 作为优选方案， 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 所述的包覆磁核的无机材 料为 SiO2、 C、 Au， Ag 等非磁性生物兼容性良好的材料。 0019 作为优选方案， 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 其中所述的涡旋磁畴铁基 纳米颗粒核与同表面相结合的包覆材料的重量比为 10 1 至。
21、 1 10。 0020 作为优选方案， 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 可有效负载抗癌化疗剂， 包 括阿霉素， 阿霉素、 柔红霉素、 5- 氟尿嘧啶、 紫杉醇、 洛铂、 博莱霉素， 多西他赛、 吉西他宾、 异 长春花碱、 羟基喜树碱等。 0021 作为优选方案， 所述的涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质在肿瘤磁热疗中的应用。 0022 本发明使用一种新型涡旋磁畴的铁磁纳米环作为磁热疗介质， 该磁热疗介质具有 涡旋磁态， 在室温下， 磁滞回线测量没有剩磁和矫顽力， 颗粒之间磁偶极相互作用较弱， 能 形成稳定的磁溶胶， 有高的磁饱和强度和磁化率。 0023 与现有技术相比， 本发明提供了一种具有良好生。
22、物兼容性、 安全无毒、 高磁热性能 的涡旋磁畴铁基纳米环作为磁热疗介质， 所述的外径为 70nm Fe3O4纳米环作为磁热疗介质 的 SAR 值可达到 2000-3000 瓦特 / 克， 比商业传统使用的磁热疗介质的 SAR 值高几乎一个 数量级， 体外细胞磁热试验表明所述磁热疗介质能很有效地杀死癌细胞。本发明提供的涡 旋磁畴磁热疗介质， 生物兼容性好， 分散、 稳定性好， 具有高的饱和磁化值， 没有剩磁、 矫顽 力， 但具有很大的磁滞损耗， 有显著提高的磁热转化率， 在磁热疗和热化疗联用以及抗肿瘤 诊疗一体化方面有很广阔的应用前景。 附图说明 0024 图 1a 本发明实施例 1 的外径为 。
23、70nm Fe3O4纳米环扫描电镜 (SEM) 示意图。 0025 图 1b 本发明实施例 1 的外径为 70nm Fe3O4 纳米环磁溶胶透射电镜 (TEM) 示意 图。 0026 图1c本发明实施例1的外径为70nm Fe3O4纳米环X射线粉末衍射(XRD)示意图。 0027 图 1d 本发明实施例 1 的外径为 70nm Fe3O4纳米环振动样品磁强计 (VSM) 示意图。 右下角为放大的 VSM 示意图。 0028 图 2a 本发明实施例 1 的外径为 70nm Fe3O4纳米环用磷酸化的聚乙二醇单甲醚分 散在去离子水中静置的示意图 (a)， 在此磁溶胶旁加一磁铁后的示意图 (b)。 。
24、0029 图 2b 本发明实施例 1 的外径为 70nm Fe3O4纳米环用磷酸化的聚乙二醇单甲醚分 散在去离子水后的水化半径示意图 (a)。 0030 图 3 本发明实施例 1 的外径为 70nm Fe3O4纳米环磁溶胶在交变磁场下随时间的温 度变化曲线。 说 明 书 CN 103861108 A 6 4/7 页 7 0031 图 4 本发明实施例 1 的外径为 70nm Fe3O4纳米环磁溶胶和本发明实施例 2 的商业 菲立磁的 SAR 值大小的比较。 0032 图 5 本发明实施例 1 的外径为 70nm Fe3O4纳米环磁溶胶对乳腺癌 MCF-7 癌细胞的 毒性实验测试。 0033 图。
25、 6a 本发明实施例 1 的细胞摄入外径为 70nm Fe3O4纳米环后进行磁热 10 分钟后 的共聚焦激光显微镜示意图。 0034 图 6b 本发明实施例 1 的细胞摄入外径为 70nm Fe3O4纳米环后进行磁热 20 分钟后 的共聚焦激光显微镜示意图。 0035 图 6c 本发明实施例 1 的细胞摄入外径为 70nm Fe3O4纳米环后进行磁热 10 分钟后 和 20 分钟后的细胞存活率对比示意图。 0036 图 7 本发明实施例 2 的商业菲立磁在交变磁场下随时间的温度变化曲线。 0037 图 8a 本发明实施例 2 的细胞摄入商业菲立磁后进行磁热 10 分钟后的共聚焦激光 显微镜示意。
26、图。 0038 图 8b 本发明实施例 2 的细胞摄入商业菲立磁后进行磁热 20 分钟后的共聚焦激光 显微镜示意图。 0039 图 8c 本发明实施例 1 的细胞摄入商业菲立磁后进行磁热 10 分钟后和 20 分钟后 的细胞存活率对比示意图。 图 9 本发明实施例 3 的直径为 200nm、 厚度为 18nm Fe3O4纳米片扫描电镜 (SEM) 示意 图。 具体实施方式 0040 为使发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下参照附图并举实施例， 对发 明进一步详细说明。 0041 实施例 1 ： 0042 外径为 70nm Fe3O4纳米环的制备 ： 0043 (1) 首先合成外径为。
27、 70nm-Fe2O3纳米环 ： 通过水热法合成。0.8mL FeCl3(0.5M) 水溶液、 0.7mL NH4H2PO4(0.02M) 水溶液和 38.5mL 去离子水混合于 50mL 反应釜， 搅拌均匀， 在 220反应 48 小时。反应结束后， 等温度自然降到室温， 用 1 1 体积比的酒精和水洗 3 遍， 烘干， 得到红色固体粉末。 0044 (2)还原-Fe2O3成Fe3O4纳米环 ： 称量一定质量的-Fe2O3纳米环放于卧式石英 管式炉， 以 200sccm 流量通入 5 H2/95 Ar， 在 375还原 2 小时， 得到黑色粉末固体。 0045 图 1c 表明本发明实施例 1。
28、 所得的黑色粉末固体的 XRD 示意图。应用 XRD 技术 (Cu 靶 Ka 射线 ) 对粉末的物相进行鉴别， 波长为 0.154nm， 扫描角度为 20到 80。通过 XRD 的测定， 不仅可以判断最终的反应产物 FEeO4， 而且还可以了解产物的纯度。测定结果 见图 1c， 图谱上各晶面的特征峰与国际粉末联合会提供的 Fe3O4标准 PDF 卡 (JCPDS card No.19-0629) 中 的 XRD 图谱的特征峰完全吻合， 且无杂峰出现， 这表明所制备的磁性纳米 环为 Fe3O4， 而且纯度较高。 0046 图1a表明本发明实施例1的Fe3O4纳米环扫描电镜示意图。 从图中可以看出。
29、Fe3O4 纳米环外径 70nm 左右， 大小、 形貌均一。 说 明 书 CN 103861108 A 7 5/7 页 8 0047 将 70nm Fe3O4纳米环用磷酸化的聚乙二醇单甲醚分散于水中， 形成磁溶胶。采用 如下步骤将 70nm Fe3O4纳米环分散于水中形成磁溶胶 ： a)70nm Fe3O4纳米环分散在氯仿中 制备成磁流体 ； b) 将磷酸化的聚乙二醇或磷酸化的聚乙二醇单甲醚加入到磁流体中反应 ； c) 挥发氯仿， 加入去离子水分散， 离心、 取澄清液。 0048 将制备的 70nm Fe3O4磁性纳米环分散于水后， 滴加在 300 孔的铜网上， 自然干燥 后， 于透射电镜 (。
30、 加速电压为 200kV) 下观测粒子的大小和形态。图 1b 为所制备的 70nm Fe3O4磁性纳米环的 TEM 照片， 从图 1b 可见， 大多数粒子呈环状， 且粒子的分散性良好。该 磁核的外径为 70nm， 内径为 50nm， 满足形成稳定涡旋磁畴纳米环的条件。 0049 将制备的 70nm Fe3O4磁性纳米环使用 VSM 进行磁性表征， 在磁场范围 -20kOe +20kOe内， 于室温下测定样品的磁性能， 结果见图1d。 从图1d可以看出， 所制备样品的磁滞 回线不同于一般铁磁性材料的磁滞回线， 其特点在于两条不重合的磁化曲线， 在原点处重 合， 这正体现了四氧化三铁亚铁磁纳米环的。
31、一个重要磁学特征 ： 具有稳定的涡旋态(vortex state) 磁畴结构， 其稳定的磁化方向是沿环状结构形成涡旋态。与体相磁体不同， 在无外 场的情况下， 涡旋磁态纳米环之间磁偶极相互作用极小， 整体不显现磁极性， 没有剩磁和矫 顽力 ； 其磁特性与超顺磁性质也有较大的差别， 在外场存在的情况下， 其发生vortex state 到 onion state 转变， 迅速被磁化， 其磁化强度明显大于超顺磁纳米颗粒， 有明显的磁滞损 耗现象。 0050 图 2a 表明所制备的 70nm Fe3O4纳米环用磷酸化的聚乙二醇单甲醚分散在去离子 水中静置的示意图， 从图中可以看出 70nm Fe3O。
32、4纳米环稳定分散在水溶液中， 清澈透亮， 无团聚现象， 表明在无外场的情况下， 涡旋磁态纳米环之间无磁相互作用， 整体不显现磁极 性， 所以很容易稳定地分散在水中 ； 在旁边加一磁铁， Fe3O4纳米环能迅速被磁化， 表明在外 场存在的情况下， 其发生 vortex state 到 onion state 转变， 其磁响应强。用激光粒度仪 测定其水合动力学半径。结果见图 2b。从该 70nm Fe3O4纳米环的水合动力学粒径及其分 布图可知， 其平均水合动力学粒径为 140nm， 该值大于 TEM 观察到的磁核粒径数值。这是因 为激光粒度仪所测定的粒径是磁性纳米粒子的水合动力学半径， 大约是 。
33、Fe3O4纳米环磁核 粒径与包裹层厚度以及水化层厚度之和， 而用 TEM 观察到的仅为磁核粒径， 不包括包裹层 厚度以及水化层厚度。 0051 将制备的磁性纳米粒子分散于水中， 使 Fe3O4纳米环的质量浓度为 210ug/mL， 110ug/mL and60ug/mL， 将其分别置于交变磁场中， 设置磁场参数为 ： 场强 H=37kA/m， f=400kHz， 进行体外升温实验， 结果见图3。 由图3可知， 随着浓度的升高， 升温速率升高。 浓 度为210ug/mL Fe、 110ug/mL Fe、 60ug/mL Fe的Fe3O4纳米环600s内温度分别升高33.5、 20.1、 11.4。
34、， 平均升温速率分别为 3.35 /min、 2.01 /min、 1.14 /min。由于体内的 热平衡效应使得磁性纳米粒子的初始温度为 37， 要想达到在肿瘤部位 42-45的治疗需 要， 从临床治疗的角度来说， 这种磁性纳米粒子的升温速率可满足治疗要求。 0052 对于磁性材料升温性能的评价， 文献中一般用比吸收率 SAR(specific power absorption rate) 参数来表征。SAR 的含义是在单位时间内， 将单位质量的铁元素置于交 变磁场中所能产生的热量， 单位是 Watt/g。计算公式为 ： 0053 说 明 书 CN 103861108 A 8 6/7 页 9。
35、 0054 式中 ： C 为水的比热容 (Cwater=4.18Jg-10C-1)， T/t 为升温曲线上的初始斜率， 由于在升温的过程中体系与外界存在热交换， 故而升温速率会缓慢降低， 取曲线上的初始 斜率是为了消除环境传热带来的误差。mFe为单位质量磁性液体中铁元素的质量。按照公 式 (1) 计算得到磁纳米环溶胶的 SAR 值为 280080Watt/g( 图 4)。 0055 细胞毒性实验 ： 选择乳腺癌 MCF-7 细胞。使用 CCK-8 法评估不同浓度的 Fe3O4纳 米环 (12.5ug/mL、 25ug/mL、 50ug/mL、 125ug/mL、 250ug/mL Fe3O4)。
36、 对此癌细胞的毒性。从图 5 可以看出， Fe3O4纳米环在浓度高达 250ug/mL 时， 细胞存活率为 98， 细胞几乎无凋亡。 0056 为了证明具有高磁热性能的 Fe3O4纳米环能最终实用于医学临床中， 我们测试 Fe3O4纳米环对乳腺癌 MCF-7 细胞磁热的效果。选取 12.5-250ug/mL 的 Fe3O4纳米环对癌细 胞培养 8h， 离心， 洗去多余的 Fe3O4纳米环， 然后进行磁热疗测试。图 6a 和 6b 分别表示摄 入 Fe3O4纳米环的癌细胞磁热疗 10min 和 20min 后的共聚焦激光显微镜示意图。红色表示 细胞已经完全凋亡。细胞已不贴壁生长， 呈球状， 表明。
37、细胞在磁热后已经凋亡。对进行磁热 疗后的癌细胞进行CCK-8法毒性检测， 从图6c可以看出， 细胞存活率只有20左右， 大部分 细胞已经凋亡。表明本发明提供的涡旋磁畴 Fe3O4纳米环具有很高的 SAR 值， 在磁热疗中能 很有效地杀死癌细胞。 0057 实施例 2 ： 0058 对临床广泛使用的商业菲立磁进行磁热测试， 主要用来对比发明提供的涡旋磁畴 Fe3O4纳米环的磁热效果。 0059 配制商业菲立磁 Fe3O4的质量浓度分别为 230ug/mL， 110ug/mL 和 80ug/mL， 将其分 别置于交变磁场中， 设置磁场参数为 ： 场强 H=37kA/m， f=400kHz， 进行体。
38、外升温实验， 结果 见图 7。由图 7 可知， 随着浓度的升高， 升温速率升高。与 Fe3O4纳米环相比， 测试初始温度 一样， 但磁热测试后， 此样品浓度为 230ug/mL Fe 时， 仍未到达 42。浓度为 230ug/mL Fe、 110ug/mL Fe、 80ug/mL Fe 的 Fe3O4纳米环 600s 内温度分别升高 15.1、 11.4、 7.3， 平 均升温速率分别为 1.51 /min、 1.14 /min、 0.73 /min。在同样的实验条件下， 此升温 速率明显低于 Fe3O4纳米环。 0060 利用公式 (1) 计算 SAR. 从图 4 可知， 商业菲立磁的 SA。
39、R 只有 32060W/g， 比 Fe3O4 纳米环的 SAR 少了一个数量左右。 0061 选取 12.5-250ug/mL 的商业菲立磁 Fe3O4对癌细胞培养 8h， 离心， 洗去多余的商业 菲立磁 Fe3O4， 然后进行磁热疗测试。图 8a 和 8b 分别表示摄入商业 Fe3O4的癌细胞磁热疗 10min 和 20min 后的共聚焦激光显微镜示意图。绿色表示细胞正常， 无凋亡。从图中可以 看出， 细胞形貌没有变化， 而且仍贴壁生长， 表明商业 Fe3O4对癌细胞的磁热治疗没有效果。 对进行磁热疗后的癌细胞进行 CCK-8 法毒性检测， 从图 8c 可以看出， 细胞存活率为 80左 右，。
40、 大部分细胞无凋亡。表明商业菲立磁 Fe3O4在磁热疗中不能有效地杀死癌细胞。 0062 实施例 3 ： 0063 本发明提供一种新型涡旋磁畴铁基纳米磁热疗介质， 其主要性质是要具有特殊形 貌导致的涡旋磁畴， 有高的磁滞损耗， 高的饱和磁化值和形成稳定的磁溶胶。 满足以上条件 说 明 书 CN 103861108 A 9 7/7 页 10 的涡旋磁畴铁基纳米颗粒的核除了上述实施案例 1 的 Fe3O4纳米环， 我们也合成了 Fe3O4纳 米片， 如图 9 所示， 纳米片的直径为 200 纳米左右， 厚度 18 纳米， 满足形成稳定涡旋磁畴的 条件， 形貌大小都比 较均匀。 0064 我们也合成。
41、了 MFe2O4(M=Co、 Mn、 Ni) 纳米环以及高含量 Fe 纳米环， 具体实验步骤 如下 ： 0065 (1) 合成 -Fe2O3纳米环或纳米片 ( 参考实施案例 1) ： 0066 (2) 制备磁性铁基 MFe2O4(M=Fe、 Mn、 Ni 等 ) 或高含量 Fe 纳米环或纳米片 ： 0067 直接称量一定质量的 -Fe2O3纳米环或纳米片放于卧式石英管式炉， 以一定流量 通入 5 H2/95 Ar， 在 350 -400还原 1-2 小时， 得到黑色粉末固体， 即得高含量 Fe 纳 米环或纳米片 ； 0068 将一定浓度的 Mn、 Ni 金属化合物与一定质量的 -Fe2O3纳米。
42、环或纳米片混合， 在 60-100加热充分搅拌， 加入一定浓度的 Na(OH)， 充分反应后， 离心分离沉淀物， 将沉淀物 放于卧式石英管式炉， 以一定流量通入 5 H2/95 Ar， 在 300 -400还原 1-2 小时， 得到 黑色粉末固体， 即得磁性固体物质 MFe2O4(M=Mn、 Ni)。 0069 (3) 将磁性纳米环或纳米片分散于水中形成磁溶胶 ： 0070 a) 将纳米环或纳米片超声分散在氯仿中制备成磁流体 ； 0071 b) 将磷酸化的聚乙二醇或磷酸化的聚乙二醇单甲醚加入到磁流体中反应 ； 0072 c) 挥发氯仿， 加入去离子水分散， 离心、 取澄清液。 0073 以上所。
43、述仅为发明的较佳实施例而已， 并不用以限制发明， 凡在发明的精神和原 则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在发明的范围之内。 说 明 书 CN 103861108 A 10 1/7 页 11 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103861108 A 11 2/7 页 12 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103861108 A 12 3/7 页 13 图 5 说 明 书 附 图 CN 103861108 A 13 4/7 页 14 图 6 说 明 书 附 图 CN 103861108 A 14 5/7 页 15 图 7 说 明 书 附 图 CN 103861108 A 15 6/7 页 16 图 8 说 明 书 附 图 CN 103861108 A 16 7/7 页 17 图 9 说 明 书 附 图 CN 103861108 A 17 。