【BEAVER Chat】纳米磁珠的磁学性能

超顺磁性纳米颗粒表现的磁性能，是纳米尺寸材料中原子磁矩耦合的结果。由于独特的磁性能，超顺磁性磁珠被应用于很多领域，特别是生物传感领域，如体外诊断、靶向给药、磁共振成像、生物分离及基因工程。

超顺磁性纳米颗粒（纳米磁珠）表现的磁性能，是纳米尺寸材料中原子磁矩耦合的结果。在磁场诱导作用下，纳米磁珠产生磁性并受磁场所控制；当磁场撤离后，纳米磁珠失去磁性而处于分散状态。由于这种独特的磁性能，纳米磁珠被应用于很多领域，特别是生物医学工程领域，如体外诊断、靶向给药、磁共振成像、生物分离及基因工程等领域。（敲黑板）

首先，我们要知道磁性材料的特性：

★ 小尺寸效应

★ 表面效应

★ 量子尺寸效应

★ 宏观量子隧道效应

不同粒径金属纳米粒子具有不同的颜色

接下来，来看看关于纳米材料磁学效应的案例：

问题1：鸽子为什么能够识别方向和定位？

问题2：螃蟹为什么横行？

图示

这都是由于生物体内的磁性物质。螃蟹借助于触角里面定向的磁性物质定向“前后走”，后来由于地球磁场的剧变，才使得螃蟹变成了“横行”。2015年谢灿教授团队采用海狸磁性从生物体内分离出磁蛋白（A magnetic protein biocompass, Nature Materials 15(2) November 2015），从基础生物科学的方法发现并从理论上解释了这一现象。

穿插一下，我们来看看磁性微球的发展史

将纳米磁珠应用于生物医药领域的研究始于20世纪70年代。1976年，挪威化学工程师John Ugelstad教授合成出了粒径均一的聚苯乙烯微球，这一技术之前只有美国宇航局在失重的太空中实现。随后，研究出基于聚苯乙烯材料的磁性微球颗粒。

John Ugelstad教授

这种磁性微球尺寸均一，表面光滑，首先用于免疫实验中，配合磁性分离器的使用，使免疫实验操作效率得到了很大提高，并且能够实现生物配体分离纯化操作的自动化。

BeaverBeads海狸磁珠电镜图

1979年，玻璃粉末作为吸附载体可以在高盐环境下从琼脂糖凝胶中提取DNA片段，之后，以亲水性固相磁性微球作为载体也实现了核酸提取。1995年，科学家将磁性微球成功地应用于PCR产物纯化（Nucleic Acids Research, 1995, Vol. 23, No. 22, 4742-4743）。

最后，我们回到主要话题，来看看纳米磁珠的具体特性：

纳米磁珠是大量超顺磁性纳米颗粒固定在非磁性的基质中形成的微球，其直径在几纳米到数百微米之间。

铁磁性材料磁滞回线

Ms为饱和磁化强度：特定温度下，磁性材料在外加磁场中被磁化时所能够达到的最大磁化强度。【IEC 60050】

超顺磁性材料磁滞回线

Mr为剩余磁化强度：当外加磁场强度变为零时，磁性材料仍然保持的磁化强度。【IEC 60050】

海狸磁珠磁滞回线

磁滞回线判断超顺磁性：磁滞回线过原点、剩磁为零。

纳米磁珠的制备和表征都非常复杂，在材料合成和功能化过程中，很多因素（微小条件变化甚至是温湿度）都会影响磁珠的性能。

在纳米磁珠应用中，其超顺磁性、分散性、磁响应能力、粒径、表面惰性、表面功能团密度、以及表面功能团的形式都会影响实验结果。

BEAVER, the BEST

国庆大促继续，更有众多惊喜等着您！

BEAVER, the BEST