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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