超順磁納米γ-Fe2O3材料的磁熱特性研究.pdf

1、腫瘤治療的方法隨著醫(yī)學(xué)研究的進展而層出不窮,但是目前治療腫瘤的主要手段依然是手術(shù)、放療還有化療。物理醫(yī)學(xué)以及醫(yī)學(xué)影像學(xué)的研究發(fā)展,致使物理治療逐漸成為醫(yī)學(xué)工程研究的熱點,其中熱療即為當前國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點之一。將靶區(qū)溫度加熱至41~46℃熱損傷腫瘤細胞的方法稱為腫瘤熱療;將靶區(qū)溫度加熱至56℃以上治療腫瘤的方法稱為熱消融或者熱切除腫瘤法。目前常用的射頻、激光、聚焦超聲、全身熱療、隔離灌注等熱療方法,因為其對腫瘤的靶向能力差,容易導(dǎo)致腫

2、瘤臨近正常組織受到損傷,而限制了他們的臨床應(yīng)用范圍。磁介導(dǎo)熱療(MegneticMediatedHyperthermia,MMH)因其具有較強的靶向性,可在體外交變磁場通過磁滯現(xiàn)象或誘導(dǎo)渦流等致使進入腫瘤病灶局部的磁性粒子或磁種產(chǎn)熱,磁性材料將熱傳導(dǎo)給癌細胞而不損傷鄰近正常組織的優(yōu)點,成為非常具有前景的新一代腫瘤熱療方法之一。
　　MMH的概念于1957年首先由Gilchrist等描述,需要解決的關(guān)鍵因素包含以下兩個:一個是高產(chǎn)熱

3、效率的磁性材料,一個是適用于臨床且對人體無損害的磁場發(fā)生設(shè)備。在熱療技術(shù)中,磁性納米材料因為具有普適性、高特征吸收率(吸收率是指投射到物體上而被吸收的熱輻射能與投射到物體上的總熱輻射能之比)等特點,受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。但是由于磁性納米粒子材料的腫瘤靶向特異性不是很穩(wěn)定,所以限制了磁介導(dǎo)熱療的臨床廣泛應(yīng)用。以往的研究發(fā)現(xiàn)光敏劑卟啉衍生物具有很好的腫瘤親和性,因此可以利用卟啉衍生物對腫瘤組織的親和力從而將卟啉衍生物作為表面修飾,包埋超順磁

4、性納米粒子,輸運到達腫瘤組織并與之結(jié)合,在適宜的外交變磁場的反復(fù)磁化下,產(chǎn)生磁滯效應(yīng)等而發(fā)熱,并將熱傳遞給腫瘤細胞,從而達到高溫滅活腫瘤細胞、組織的目的。本文從實驗用磁場發(fā)生裝置的研制、實驗用納米粒子的研制、納米材料磁熱特性三方面進行了探討性研究,為今后的卟啉包裹體超順磁性納米材料磁滯熱療腫瘤技術(shù)方法研究提供了有力的支持。
　　首先本實驗設(shè)計研制了磁滯熱療腫瘤用磁場發(fā)生裝置。目的是設(shè)計一種磁感應(yīng)熱療用交變磁場發(fā)生裝置適合于實驗室研

5、究使用,驗證理論激發(fā)磁場參量值的正確性。所采用的電路設(shè)計制作方法為,以555時基芯片作為核心,利用RC振蕩電路轉(zhuǎn)換為正弦波信號,加入放大器進行電流放大,外接密繞線圈,從而產(chǎn)生所需磁場用于實驗研究。設(shè)計結(jié)果表明該裝置可產(chǎn)生50-150kHz的正弦波形磁場,可使微量納米磁性粒子集合體產(chǎn)熱。該磁場發(fā)生裝置成本低,精度高,性能穩(wěn)定,參數(shù)調(diào)整方便,為在實驗室內(nèi)做磁熱療腫瘤基礎(chǔ)探究提供必要的手段。
　　其次本實驗對納米粒子Fe2O3的制備方法

6、進行了研究比較,目的是通過固相研磨、化學(xué)加熱沉淀以及均勻沉淀三種不同方法制備納米氧化鐵粒子Fe2O3,從中選擇具有超順磁性特質(zhì)的納米粒子晶型,為在實驗室中進行藥物包被,制作磁滯熱療腫瘤用納米材料做前期準備,并對制備方法從制備時間、粒子粒度以及純度等方面進行比較。本實驗采用的方法為,利用化學(xué)分析純級別的氯化鐵FeCl3·6H2O、氯化亞鐵FeCl2·4H2O、氫氧化鈉NaOH、硝酸鐵Fe(NO3)3·9H2O等作為初始原料,分別采用固相研

7、磨法、化學(xué)加熱沉淀法以及均勻沉淀法制備出磁性納米粒子,利用XRD比較粒子晶型,選出超順磁性納米粒子(γ-Fe2O3),并通過場掃描電子顯微鏡觀察粒徑等特質(zhì)。最后的結(jié)果表明,固相研磨法可能會使粒子晶格畸變、團聚現(xiàn)象嚴重,化學(xué)加熱沉淀法所得粒子粒徑好、但是受影響因素較多,前二者生成γ-Fe2O3;均勻沉淀法可以調(diào)節(jié)納米粒子核形成速率、粒徑大小可以控制,生成α-Fe2O3。因此通過比較分析,得出結(jié)論,化學(xué)沉淀法操作簡單適合于實驗室制備實驗用超

8、順磁性納米粒子(γ-Fe2O3)。
　　最后本實驗對表面改性后的γ-Fe2O3在交變磁場中的產(chǎn)熱進行了初步探究。利用的方法為,取15mg表面改性的γ-Fe2O3制成75μl流體分別放在同一交變磁場發(fā)生裝置內(nèi)的10A、20A、30A的不同設(shè)定電流下,觀察磁納米粒子是否發(fā)熱,觀察同一交變磁場輸出不同電流時對納米粒子的發(fā)熱影響。結(jié)果表明改性后的超順磁納米粒子在交變磁場中的溫升達到平穩(wěn)前與時間具有一定的相關(guān)性。據(jù)此可以得出結(jié)論,表面改性后

9、的超順磁納米粒子在交變磁場作用下可發(fā)熱,且可以通過調(diào)節(jié)產(chǎn)生磁場的設(shè)定電流來進行溫度調(diào)控。
　　本實驗創(chuàng)新性的提出了磁動力學(xué)療法(MDT,Magneticdynamictherapy),可作為一種腫瘤治療的新材料與新方法。用具有腫瘤靶向特性的光敏劑材料包裹納米超順磁性物質(zhì)作為靶向藥物植入體內(nèi)并在腫瘤組織中蓄積,在外交變磁場的激發(fā)作用下可以引起超順磁性物質(zhì)反復(fù)磁化發(fā)熱并導(dǎo)致腫瘤組織的溫度升高,產(chǎn)生對腫瘤的磁熱療作用。該方法也可以稱為腫