交变磁场控制的磁性纳米颗粒组装研究

本项目针对目前利用外加静磁场诱导磁性纳米颗粒形成组装结构研究中控制参数不够灵活多样，缺少将组装形态与颗粒表面性质相联系的现状，提出利用外加交变磁场对磁性纳米颗粒的组装进行调控的思想，重点研究磁性纳米颗粒如何在外加交变磁场和颗粒表面间静电相互作用共同作用下形成有序组装结构问题。在前述问题明确的前提下研究外加交变磁场如何在生理和流动状态下控制磁性纳米颗粒形成聚集体，发展一种外场控制的体内拴塞方法。本项目首先通过不同频率的交变磁场对表面不带电的磁性纳米颗粒组装形态研究得出场频率与组装结构间的关系。然后在最优频率的交变磁场下通过带不同表面电荷的磁性纳米颗粒在外场控制下的组装形态研究得出表面电荷对组装结构的影响。通过与在同样的条件下组装非磁性的金纳米颗粒结果对比，得出交变磁场中感应电场的特殊作用。最后综合以上实验结果，结合理论分析和仿真，阐明交变磁场与磁性纳米颗粒相互作用的原理。

本项目针对交变磁场诱导磁性纳米颗粒形成有序组装结构中交变磁场发挥的特殊作用这一科学问题，从交变磁场特有的可以诱导磁矩驰豫和感应出交变电场两个性质出发，通过研究交变磁场频率、组装时间和胶体溶液离子强度与组装结构的关系，阐述了交变磁场诱导磁性纳米颗粒组装的机理。研究表明交变磁场诱导的磁性纳米颗粒组装和交变磁场的周期与组装对象的磁驰豫时间之差有关，同时交变磁场不仅可以组装磁性颗粒，还可以通过其感应出的电场组装非磁性的金纳米颗粒。另外，本项目还研究了利用铁磁共振谱表征磁性纳米颗粒间磁偶极作用的问题，结果表明铁磁共振可以较灵敏地反映颗粒间的磁相互作用。通过铁磁共振表征可以说明交变磁场诱导磁性纳米颗粒组装过程中，影响更大的是颗粒的磁学尺寸而不是物理尺寸。最后我们还研究了不同场强磁场诱导组装的磁性纳米颗粒链对前成骨细胞和原代骨髓细胞的作用，发现纳米颗粒组装链对于细胞生长形态具有重要的影响，特别地，在组装拓扑结构差异不大的情况下，组装磁场的场强对于细胞的分化具有显著的调控作用。项目完成期间发表论文10篇，另有多篇目前在审稿和投稿中，申请专利一项，应邀撰写综述性图书章节一章，做会议口头报告一次。项目负责人被评为2010年全国优秀博士论文，被评为江苏省青蓝工程青年骨干教师，获得江苏省自然科学基金和国家基金委2012年度青年-面上连续资助项目各一项。