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第1章 磁性纳米材料的化学合成 1

1.1 磁性材料的纳米尺度效应 1

1.2 纳米颗粒的形核和生长 4

1.3 磁性纳米颗粒的化学合成 6

1.3.1 共沉淀法 6

1.3.2 热分解法 9

1.3.3 微乳液法 11

1.3.4 水热法和溶剂热法 13

1.3.5 化学还原法 15

1.4 磁性纳米材料的保护和稳定 16

1.4.1 金属氧化物保护 17

1.4.2 表面活性剂和高分子聚合物保护 17

1.4.3 贵金属保护 18

1.4.4 二氧化硅保护 18

1.4.5 碳保护 19

1.5 形貌各向异性磁性纳米结构的化学合成 19

1.5.1 零维磁性纳米结构 20

1.5.2 一维磁性纳米结构 21

1.5.3 二维磁性纳米结构 22

1.6 磁性纳米异质结构的化学合成 22

1.6.1 异质结构形成过程中的能量平衡 23

1.6.2 异质形核 24

1.6.3 核壳异质结构纳米晶 26

1.6.4 异质二聚物和低聚物 27

1.6.5 以一维纳米结构为基础的磁性纳米异质结构 29

1.7 小结与展望 30

参考文献 31

第2章 细菌合成的磁性纳米材料 35

2.1 趋磁细菌的发现及生理特点 35

2.1.1 趋磁细菌的发现及定名 35

2.1.2 趋磁细菌的分类 35

2.1.3 趋磁细菌细胞的生理特点 39

2.2 磁小体的种类及特征 40

2.2.1 磁小体的种类 40

2.2.2 磁小体的物理、化学性质 41

2.3 趋磁细菌的培养 42

2.3.1 人工培养趋磁细菌存在的问题 42

2.3.2 趋磁细菌的深层培养 43

2.3.3 趋磁细菌的半连续培养 44

2.4 趋磁细菌细胞内磁小体合成机制 44

2.5 纳米磁小体的纯化与质量检测 45

2.5.1 趋磁细菌的细胞破碎方法 46

2.5.2 磁小体的纯化步骤及设备 46

2.5.3 纳米磁小体的质量标准 48

2.6 纳米磁小体的应用基础研究 52

2.6.1 磁小体的生物相容性 52

2.6.2 磁小体与肿瘤治疗 53

2.6.3 磁小体与基因传递 55

2.6.4 磁小体与病原物检测 56

2.7 小结与展望 57

参考文献 59

第3章 磁性纳米材料的仿生合成 61

3.1 铁蛋白的结构与生物功能 61

3.1.1 铁蛋白壳的构象与功能 61

3.1.2 铁蛋白核的成分与精细结构 63

3.1.3 铁蛋白在生物体内的分布与功能 63

3.2 铁蛋白的生物矿化机理 64

3.2.1 铁蛋白壳介导的Fe2+的进入 64

3.2.2 铁蛋白壳上氧化酶位点与铁催化 64

3.2.3 铁蛋白壳控制铁核的结晶 65

3.3 反铁磁性铁蛋白核的重构与应用 66

3.3.1 铁蛋白的去核与核的重构 66

3.3.2 超反铁磁性重构铁蛋白的磁学性质 66

3.3.3 反铁磁性铁蛋白在环境催化领域的应用 69

3.4 亚铁磁性铁蛋白的仿生合成及应用 69

3.4.1 亚铁磁性铁蛋白的仿生合成 69

3.4.2 亚铁磁性铁蛋白的磁学性质 70

3.4.3 亚铁磁性铁蛋白在动脉粥样硬化MRI诊断中的应用 72

3.4.4 亚铁磁性铁蛋白在肿瘤早期MRI诊断中的潜在应用 74

3.5 其他金属纳米材料的铁蛋白仿生合成与应用 75

3.6 以其他笼形蛋白为模板的磁性纳米材料的仿生合成及应用 75

3.7 小结与展望 76

参考文献 76

第4章 磁性纳米材料的宏量制备与质量控制 80

4.1 引言 80

4.2 生物医用磁性纳米材料的宏量制备技术 81

4.2.1 磁共振成像造影剂的制备技术 81

4.2.2 磁感应肿瘤热疗发热剂的制备技术 84

4.2.3 生物分选用磁性微球的制备技术 86

4.3 生物医用磁性纳米材料的质量控制 91

4.3.1 生物医用磁性纳米材料的关键纳米特性 91

4.3.2 生物医用磁性纳米材料质量控制的环节与技术 93

4.3.3 生物医用磁性纳米材料的标准化研究 95

4.4 小结与展望 97

参考文献 98

第5章 磁性纳米材料与结构的高分辨电子束分析 100

5.1 高分辨透射电镜成像与电子全息 100

5.1.1 透射电子显微镜的基本原理 100

5.1.2 高分辨电子全息的原理 103

5.2 磁性纳米颗粒的显微结构分析 110

5.2.1 金属填充碳纳米管的制备 110

5.2.2 金属填充碳纳米管的分析 112

5.3 磁性纳米颗粒的电子能量损失谱学分析 123

5.3.1 电子能量损失谱的作用原理 123

5.3.2 磁性纳米颗粒的能量损失谱分析 123

5.4 磁性纳米颗粒的电子全息分析 130

参考文献 134

第6章 磁性纳米材料的表面修饰及其对生物膜的作用 139

6.1 磁性纳米材料的表面修饰 139

6.1.1 纳米材料表面修饰的一般方法 139

6.1.2 氧化铁纳米颗粒的若干种表面修饰 141

6.1.3 其他磁性纳米颗粒表面的分子修饰 145

6.2 磁性纳米颗粒相关制剂 146

6.2.1 磁性纳米颗粒制剂的研究进展 146

6.2.2 磁性纳米颗粒制剂的体内外要求 148

6.3 磁性纳米材料对生物膜的作用 152

6.3.1 生物膜简介 152

6.3.2 影响纳米材料对生物膜作用的主要因素 154

6.3.3 磁性纳米材料对生物膜的作用 156

6.4 小结与展望 159

参考文献 160

第7章 磁性纳米材料与结构的生物安全性 165

7.1 纳米材料生物安全性研究的重要意义与国内外概况 165

7.1.1 国际研究概况 165

7.1.2 我国研究现状 166

7.2 氧化铁磁性纳米材料的生物安全性 167

7.2.1 研究概况 167

7.2.2 动物实验研究 168

7.2.3 体外实验研究 172

7.3 复合磁性纳米材料的生物安全性 176

7.3.1 动物实验研究 176

7.3.2 体外实验研究 179

7.4 植入器件纳米化表面的生物相容性 181

7.4.1 概况 181

7.4.2 实验研究 181

7.5 小结与展望 183

参考文献 184

第8章 氧化铁纳米颗粒的模拟酶特性 188

8.1 氧化铁纳米颗粒模拟酶的发现及催化机理 188

8.1.1 氧化铁纳米颗粒催化活性的发现 188

8.1.2 氧化铁纳米颗粒模拟酶的催化动力学 190

8.1.3 氧化铁纳米颗粒模拟酶催化机理 191

8.2 氧化铁纳米颗粒模拟酶中的纳米效应 192

8.2.1 尺寸效应 192

8.2.2 表面修饰 193

8.3 氧化铁纳米颗粒模拟酶的特点 195

8.3.1 氧化铁纳米颗粒模拟酶的制备 195

8.3.2 氧化铁纳米颗粒模拟酶的稳定性 195

8.3.3 氧化铁纳米颗粒模拟酶的磁学性能 196

8.4 氧化铁纳米颗粒模拟酶的应用 197

8.4.1 在免疫检测中的应用 197

8.4.2 在葡萄糖检测中的应用 198

8.4.3 在干细胞研究中的应用 198

8.4.4 在环境监测中的应用 198

8.4.5 氧化铁纳米颗粒模拟酶在污水处理中的应用 199

8.5 小结与展望 200

8.5.1 非氧化铁纳米颗粒模拟酶 200

8.5.2 纳米模拟酶的提出及意义 200

参考文献 201

第9章 基于磁性纳米材料的体外检测 202

9.1 引言 202

9.2 体外检测用磁性纳米材料及表面分子设计 203

9.2.1 体外检测用磁性纳米材料的特性 203

9.2.2 磁性纳米颗粒的制备与表面分子设计 204

9.2.3 磁性微球的制备与表面分子设计 206

9.3 以磁性纳米材料为信号标记物的体外检测 207

9.3.1 基于巨磁阻原理的磁性生物芯片检测技术 207

9.3.2 基于交流磁化率的免疫与分子检测技术 210

9.3.3 基于磁性纳米颗粒模拟酶的检测技术 213

9.4 以磁性纳米材料为载体的体外检测 215

9.4.1 基于磁性微球的液相芯片技术 215

9.4.2 基于磁流体与微流控的检测技术 218

9.4.3 基于磁性材料的飞行时间质谱技术 220

9.4.4 基于磁性纳米颗粒的色谱检测技术 222

9.4.5 基于免疫磁分离的全自动管式化学发光检测技术 223

9.4.6 基于磁性微球分离技术的条形码与免疫PCR检测 225

参考文献 227

第10章 生物医学影像用磁性纳米探针 231

10.1 医学影像增强与分子影像 231

10.1.1 医学影像增强与基于纳米材料的影像对比剂 232

10.1.2 分子影像学概要 239

10.1.3 分子探针与纳米探针 241

10.2 磁性纳米材料应用于磁共振影像的增强 244

10.2.1 纳米颗粒尺寸对MRI的影响 247

10.2.2 纳米颗粒表面修饰对MRI的影响 248

10.2.3 MRI分子与细胞成像 250

10.3 磁性纳米材料对超声、CT等影像的增强 252

10.3.1 超声显影增强 253

10.3.2 CT显影成像 253

10.4 基于磁性纳米材料或结构的多模态影像探针与诊疗器件 254

10.4.1 多模态磁性纳米材料影像探针 254

10.4.2 基于磁性纳米材料或复合结构的医学诊疗器件 257

10.5 小结与展望 259

参考文献 260

第11章 基于磁性纳米材料的肿瘤热疗 264

11.1 磁性材料在交变磁场作用下的产热机制 264

11.2 磁致肿瘤热疗的原理 266

11.2.1 磁致肿瘤热疗的概念 266

11.2.2 热疗用磁性材料 267

11.2.3 磁致肿瘤热疗的治疗方式 270

11.2.4 热疗剂量的确定 271

11.2.5 磁介导热疗与其他治疗方法的联合应用 273

11.3 磁致肿瘤热疗的临床进展 275

11.4 小结与展望 277

参考文献 277

第12章 生物医用磁性微纳传感器 280

12.1 引言 280

12.1.1 生物医学传感器简介 280

12.1.2 磁性微纳传感器简介 282

12.1.3 磁性微纳传感器在生物医学中的应用 284

12.2 巨磁电阻（GMR）传感器及其在生物医学方面的应用 287

12.2.1 GMR传感器简介 287

12.2.2 GMR传感器在生物医学中的应用 294

12.3 超导量子干涉仪及其在生物医学方面的应用 298

12.3.1 SQUID简介 298

12.3.2 SQUID在生物医学中的应用 301

12.4 其他生物医用磁性传感器 304

12.4.1 霍尔传感器及其在生物医学方面的应用 304

12.4.2 各向异性磁阻（AMR）传感器及其在生物医学方面的应用 307

12.4.3 隧道磁电阻（TMR）传感器及其在生物医学方面的应用 311

12.4.4 巨磁阻抗（GMI）传感器及其在生物医学方面的应用 314

12.5 小结与展望 318

参考文献 319

第13章 生物技术中的磁性纳米材料与方法 326

13.1 磁性纳米材料在发展食品先进技术方面的作用 326

13.1.1 磁性纳米材料在食品安全检测方面的应用 326

13.1.2 磁性纳米材料在食品工业中的其他应用 328

13.2 磁性纳米材料应用于生物分离过程 328

13.2.1 磁分离的基本原理 329

13.2.2 用于生物分离的磁性纳米材料的特点 330

13.2.3 磁性纳米材料在生物分离中的应用 332

13.3 磁性纳米材料在环境生物技术与生物防恐等方面的应用 340

13.3.1 生物技术处理、净化废污水中的磁性纳米材料 340

13.3.2 磁性纳米材料应用于治理空气污染 342

13.3.3 污染土壤的生物修复中磁性纳米材料的应用 342

13.3.4 磁性纳米材料在先进肥料与农药等方面的应用前景 344

参考文献 347