簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 莊貴貽
Chuang, Kuei-Yi
論文名稱: 合成超高磁性奈米粒子四氧化三鐵應用於MRI影像與治療平台
High magnetization iron oxide nanoagents: development of ultra-sensitive magnetic response and sensing platform in biomedical applications
指導教授: 葉晨聖
Yeh, Chen-Sheng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 83
中文關鍵詞: 氧化鐵顯影劑
外文關鍵詞: iron oxide, magnetite
相關次數: 點閱:56下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 我們成功利用熱裂解法製備出各種尺寸(5-22 nm)的截面八面體Fe3-δO4奈米粒子,藉由XRD光粉末繞射光譜圖的分析,各個繞射峰面隨著奈米粒子的尺寸縮小而往低角度位移,這個偏移現象與Fe3-δO4顆粒中的陽離子缺陷數(δ)有關,且缺陷數隨著氧化鐵尺寸縮小變多。在XRD、電子繞射、傅立葉轉換影像、縱向XPS組成分析與拉曼光譜鑑定光譜圖中,可看出22 nm尺寸的Fe3-δO4粒子結構中包含了金屬鐵的組成。SQUID的分析顯示,飽和磁化量隨著氧化鐵尺寸而線性增加,其中,22nm尺寸的Fe3-δO4奈米粒子達到最大飽和磁化率值(94 emu/g),高於塊材的四氧化三鐵的數值( 92 emu/g)。
    選擇高磁性22 nm Fe3-δO4來進行不同的表面修飾,分別使用界面活性劑(CTAB)和高分子( PSMA)來達到表面親水改質目地。由於修飾上PSMA的四氧化三鐵具有高於200 mM-1s-1 的r2弛緩速率且比市售的顯影試劑(Resovist)還來的高(91mM-1s-1),能發展成為高對比能力的的T2顯影劑。體外與體內生物活性顯示,親水性的四氧化三鐵奈米粒子有良好的生物相容性。修飾上PSMA的22 nm Fe3-δO4注射到小鼠體內觀察,藉由量測T2*鬆弛數值與影像對比分析,結果顯示我們的氧化鐵奈米粒子較市售的Resovist可有效的觀察肝臟影像變化所需時間。
    修飾上PSMA的22 nm Fe3-δO4奈米粒子還可以做為藥物載體,例如藉由氫鍵結合策略,攜帶5-FU抗癌藥。結合上述實驗結果,我們製作出的22 nm Fe3O4@PSMA磁性奈米粒子同時結合了MRI顯影和藥物載體功能,未來將朝向“磁感”應答性質的生醫奈米技術平臺發展。

    We report the size-controlled synthesis of truncated octahedral Fe3-O4 nanoparticles with sizes varying from 5 to 22 nm. Size-dependent XRD spectra showed that the iron oxide gradually shifted from magnetite toward maghemite as size decrease. The nonstoichiometric Fe3-O4 was expressed the resulting iron oxide nanoparticles, where the cation vacancy numbers were deduced leading to  increase as particle size decrease. Size dependence of XRD, magnetization and Raman measurements indicated that the 22 nm-sized particles displayed the formation of magnetite nanoparticles. The saturation magnetization increased linearly as the particle size increased, with values up to 94 emu/g, which is comparable to bulk magnetite (92 emu/g). XRD, electron diffraction including fast Fourier transform filtering analysis, and depth profiling XPS were conducted, indicating the presence of metallic iron in the 22 nm-sized magnetite resulting in high magnetization.
    The high magnetization 22 nm-sized magnetite was engineered by different surface modification strategies using surfactant (CTAB) and polymer (PSMA) resulting in hydrophilic property. The chosen PSMA-coated magnetite have r2 relaxivity large than 200 mM-1s-1, where a commercial Resovist hepatic agent displays 91 mM-1s-1. Aiming to develop highly effective hepatic contrast agents, we injected the PSMA-coated magnetite into BALB/C mice to evaluate the T2* relaxation and image contrast. The results showed a greater signal reduction in liver as compared to Resovist agent.
    Simultaneously, the PSMA-coated magnetite with fluorouracil (5-FU) can act as a candidate for drug delivery carriers. Combining theses biomedical effects into a Fe3O4@PSMA fluid system would be further developed into an ultra-sensitive of magnetic response and sensing for bionanomedical platform and applications.

    目錄 第一章 緒論 1 1-1奈米科學 1 1-2奈米材料特性 2 1-2.1表面效應 2 1-2.2小尺寸效應 3 1-2.3量子效應 4 第二章 磁性奈米粒子 6 2-1 磁矩(magnetic moment ) 6 2-2 磁性分類 8 2-3 磁性性質 9 2-3.1 磁滯曲線 9 2-3.2 溫度對於磁性物質的影響 10 2-3.3 超順磁性奈米粒子 11 2-4 磁性奈米粒子製備 12 2-3 磁性奈米在生醫上的應用 17 2-3.1藥導引治療 17 2-3.2 溫熱療法 20 2-4 磁共振造影 22 2-4.1 磁共振造影的基本原理 23 2-4.2影響MRI訊號強度 25 2-4.3 顯影劑 (Contrast Agent) 26 第三章 實驗部分 28 3-1. 研究動機與目的 28 3-2. 實驗藥品 30 3-3. 儀器設備 31 3-4. 合成奈米氧化鐵顆粒 33 3-5.氧化鐵表面修飾 33 3-6.奈米氧化鐵粒子的T1、T2、r1、r2的測量 35 3-7.奈米氧化鐵生物毒性測試 35 3-8. 22 nm Fe3O4@PSMA 動物活體核磁共振影像 36 3-9. 晶格結構分析 37 3-10. 磁性奈米氧化鐵升溫測試 37 3-11. 氧化鐵上攜帶抗癌藥物(5-FU) 37 3-11.1 計算poly-A和5-FU在氧化鐵粒子上的數量 38 3-11.2 Fe3O4@PSMA-5FU的抗體的修飾 39 3-11.3 5-FU藥物釋放分析 39 第四章 結果與討論 40 4-1. 製備四氧化三鐵奈米顆粒 40 4-1.1 四氧化三鐵奈米粒子之性質結構鑑定分析 42 4-1.2 四氧化三鐵奈米粒子之磁性分析 52 4-1.3 22 nm Fe3O4中α-Fe的形成機制 55 4-2. 氧化鐵表面修飾 60 4-3. 各種不同表面修飾之弛緩速(r1和r2)率測量 63 4-4. 氧化鐵毒性分析 66 4-5. 氧化鐵之應用 67 4-5.1 磁共振造影(MRI)的應用 68 4-5.2藥物攜帶 71 4-5.2-1合成Fe3O4@PSMA-5FU 71 4-5.2-2 Fe3O4@PSMA-5FU藥物釋放 77 第五章 結論 78 第六章 參考文獻 79

    1. Roduner, E. Chem. Soc. Rev. 2006, 35, 583.
    2.丁志明,方冠榮,吳季珍,周維揚,胡裕民,翁鴻山,陳東煌,傅昭銘,馮榮豐,黃榮俊,黃耀輝,張鼎張,劉全璞,蔡振章,蕭璦莉,謝達斌,“奈米科技─基礎、應用與實作”, 高立出版, 2008
    3. Boatman, E. M. ; Lisensky,G. C. ; Nordell, K. J. J, Chem. Educ . 2005, 8, 1697
    4. Dave, S. R. ; Gao, X. Nanomed Nanobiotechnol 2009, 1, 583
    5. Guptaa, A. K. ; Gupta , M. Biomaterials 2005, 26, 3995
    6. Reimers, G.W. ; Khalafalla, S.E. US Bureau Mines Tech Rep 1972, 59
    7. Cotton, F. A. ; Wilkinson, G. Advanced inorganic chemistry.New York: Wiley Interscience, 1988
    8. Kim, D. K. ; Zhang, Y. ; Voit, W. ; Rao,K.V. J. Magn. Magn. Mater. 2001, 225, 30
    9. Bao, Y. ; Pakhomov, A.B. J. Appl.Phys. 2006, 99, 08H107
    10. Kim, K. S. ; Park, J. K. Lab Chip 2005, 5, 657
    11. Kotitz , R. ; Weitschies, W. ; Trahms, L. ; Brewer, W. ; Semmler, W. J. Magn. Magn. Mater. 1999, 194, 62
    12. Murray, C.B. ; Norris, D.J. ; Bawendi, M.G. J. Am.Chem. Soc.1993, 115, 8706
    13. Peng, X.G. ; Manna, L. ; Yang, W.D. ; Wickham, J. ; Scher, E. Nature 2000, 404, 59
    14. Park, J. ; An, K. ; Hwang, Y. ; Park, J.G. ; Noh, H.J. ; Kim, J.Y. ; Park, J.H. ; Hwang, N.M. ; Hyeon, T. nature materials 2004, 3, 891
    15. Kwon, S. G. ; Piao, Y. ; Park, J. ; Angappane, S. ; Jo, Y.; Hwang, N.-M. ; Park, J.-G. ; Hyeon, T. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12571
    16. Jana, N.R.; Chen, Y.F.; Peng, X.G. Chem.Mater. 2004, 16, 3931
    17. Sun, S.H.; Zeng, H.; Robinson, D.B.; Raoux, S.; Rice, P.M. J. Am. Chem. Soc. 2004,126,273
    18. Kovalenko, M.V. ; Bodnarchuk, M. I. ; Lechner, R. T. ; Hesser, G. ; Friedrich, S. ; Heiss, W. J. Am. Chem. Soc. 2007,129,6352
    19. Shavel, A.; Rodrı´guez-Gonza´lez, B. ; Pacifico, J. ; Spasova, M. ; Farle, M. ; Liz-Marza´n, L.M. Chem. Mater. 2009, 21, 1326
    20. Moghimi, S.M. ; Hunter, A.C. ; Murray, J.C. Pharmacol. Rev. 2001, 53, 283
    21. Sosnovik, D.E. ; Nahrendorf, M. ; Weissleder, R. ; Circulation 2007, 115, 2076
    22. Zhang,Y. ; Kohler, N. ; Zhang, M. Biomaterials 2002, 23, 1553
    23. Kim, J ; Lee, J.E. ; Lee, J. ; Yu, J.H. ; Kim, B.C. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 688
    24. Alexiou, C. ; Arnold, W. ; Klein, R. J. ; Parak, F. G. ; Hulin, P. Cancer Res. 2000, 60, 6641
    25. Yu, M. K. ; Jeong, Y.Y.; Park, J. ; Park, S. ; Kim, J. W. ; Min, J. J. ; Kim, K. ; Jon, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 5362
    26. Ito, A. ; Honda , H. ; Kobayashi, T. Cancer Immunol. Immunother. 2006, 55, 320
    27. Baker, I. ; Zeng, Q. ; Li,W. ; Sullivan, C. R. J. Appl. Phys. 2000, 99, 08H106
    28. Kim, D. H. ; Lee, S. H. ; Im, K. H. ; Kim, K. N. ; Kim, K. M. ; Shim, I. B. ; Lee, M. H. ; Lee, Y. K. Current. Applied. Physics. 2006, 6S1, e242
    29. Jun, Y.W. ; Huh, Y. M. ; Choi, J. S. ; Lee, J. H. ; Song, H. T. ; Kim, S. ; Yoon, S. ; Kim, K. S. ; Shin, J. S. ; Suh, J. S. ; Cheon, J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5732
    30. 參考出處:http://www.nbic.org.tw/newsDetail.aspx?NEWS_ID=20
    31. Huh, Y. M. ; Jun, Y.W. ; Song, H. T. ; Kim, S. ; Choi, J. S, ; Lee, J. H.; Yoon, S. ; Kim, K. S. ; Shin, J. S. ; Suh, J. S. ; Cheon, J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12387
    32. Lee, L.T. ; Huang, H. Y. ; Huang, K. C. ; Chen, C. Y. ; Lee, W. C. Ann. Epidemiol. 2009, 19, 323
    33. Schiff, E. R. Lancet. 2006, 368, 869.
    34. Zhen, R. ; Gu, H. ; Xu, B. ; Fung, K. K. ; Zhang ,X. ; Ringer, S. P. Adv. Mater. 2006, 18, 2418
    35. Vereda, F. ; de Vicente, J. ; Morales, M. D. P. ; Rull, F. ; Hidalgo-Alvarez, R. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 5843
    36. Yang, J. B. ; Zhou, X. D. ; Yelon, W. B. ; James, W. J. ; Cai, Q. ; Gopalakrishnan, K. V. ; Malik, S. K. ; Sun, X. C. ; Nikles, D. E. J. App. Phys. 2004, 95, 7540
    37. Xiong, Y. ; Ye, J. ; Gu, X. ; Chen, Q.-W. J. Phys. Chem.C 2007, 111, 6998
    38. Chamritski, I. ; Burns, G. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 4965.
    39. Prozorov, R. ; Prozorov, T. ; Mallapragada, S. K. ; Narasimhan, B. ; Williams, T. J. ; Bazylinski, D. A. Phys. Rev. B 2007, 76, 054406
    40. Moon, J.-W. ; Yeary, L. W. ; Rondinone, A. J. ; Rawn, C. J. ; Kirkham, M. J. ; Roh, Y. ; Love, L. J. ; Phelps, T. J. J. Magn. Magn. Mater. 2007, 313, 283
    41. Brabers, V. A. M. ; Walz, F. ; Kronmüller, H. Phys. Rev. B 1998, 58, 14163
    42. Corot, C. ; Robert, P. ; Idee, J.-M. ; Port, M. Adv. Drug Deliv. Rev. 2006, 58, 1417
    43. Moon, J.-W. ; Yeary, L. W. ; Rondinone, A. J. ; Rawn, C. J. ; Kirkham, M. J. ; Roh, Y. ; Love, L. J. ; Phelps, T. J. J. Magn. Magn. Mater. 2007, 313, 283
    44. Redl, F.X. ; Black, C.T. ; Papaefthymiou, G. C. ; Sandstrom, R. L. ; Yin, M. ; Zeng, H. ; Murray, C. B.; O’Brien, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 14583
    45. Shavel, A. ; Liz-Marzan, L. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 3762
    46. Huang, H. ; Xie, Q. ; Kang, M. ; Zhang, B. ; Zhang, H. ; Chen, J. ; Zhai, C. ;Yang, D. ; Jiang, B.; Wu, Y. Nanotechnology 2009, 20, 365101
    47. Barick, K. C. ; Aslam, M. ; Lin, Y. P. ; Bahadur, D. ; Prasad, P. V. ; Dravid,V. P. J. Mater. Chem. 2009, 19, 7023
    48. Simon, G. H. ; Bauer, J. ; Saborovski, O. ; Fu, Y.; Corot, C. ; Wendland, M.F. ; Daldrup-Link, H. E. Eur. Radiol. 2006, 16, 738
    49. Duan, H. ; Kuang, M. ; Wang, X. ; Wang, Y. A.; Mao, H. ; Nie, S. J. Phys. Chem. C 2008,112, 8127
    50. Wu, P. C. ; Wang, W. S. ; Huang, Y. T. ; Sheu, H.S. ; Lo,Y. W.; Tsai, T. L.; Shieh, D. B.; Yeh, C. S. Chemistry 2007, 13, 3878

    無法下載圖示 校內:2012-07-21公開
    校外:不公開
    電子論文尚未授權公開,紙本請查館藏目錄
    QR CODE