磁性纳米铁对土壤理化性质及微生物群落和代谢的影响研究进展

近年来,磁性纳米铁因其独特性能在生物医学、农业、工业、生命科学及环境保护领域广泛应用.随着磁性纳米铁的大范围应用,其对环境和人体健康将带来的潜在影响,已经引起科学界的广泛关注.本文系统总结了近年来磁性纳米铁的相关文献资料,探讨了磁性纳米铁的合成方法、表征及环境应用;我们重点强调了磁性纳米铁对土壤理化性质及微生物群落和代谢的潜在影响.最后展望了磁性纳米铁在未来的环境应用、发展及纳米毒理学亟待研究的重要问题.本文旨在更加全面地揭示磁性纳米铁的环境可持续性,为其安全使用和环境功能化应用提供一定的参考.

超顺磁性纳米铁标记大鼠骨髓基质干细胞的实验研究

目的研究超顺磁性纳米铁粒子(superparamagnetic iron nanoparticle,SPIO)标记骨髓基质干细胞(bone mar-row stem cells,BMSCs)对其存活、增殖能力的影响,确定最佳标记浓度。方法分离、纯化4周龄SD大鼠的BM-SCs,分别用15、25、50 mg/L浓度的SPIO标记1×106个BMSCs分别作为实验组1、实验组2、实验组3,未做标记的BMSCs为对照组。用普鲁士蓝染色法和透射电镜鉴定SPIO-BMSCs的效率,台蓝染色法观察SPIO-BMSCs的存活,MTT比色法检测SPIO-BMSCs增殖活性。结果普鲁士蓝染色显示,随SPIO浓度的升高,标记的细胞染色程度逐渐加深。透射电镜检查显示细胞内含致密铁颗粒。实验组1的细胞增殖性与对照组差异无统计学意义(P>0.05),实验组2和实验组3与对照组相比,死亡细胞增多,细胞增殖性受到明显抑制(P<0.05)。结论培养基SPIO浓度在15 mg/L时,SPIO对BMSCs标记效率较高,且不影响其存活、增殖。

氧化石墨烯负载磁性纳米铁去除亚甲基蓝研究

采用化学共沉淀法成功制得氧化石墨烯负载磁性纳米铁(MRGO),并将其用于亚甲基蓝(MB)的吸附研究。结果表明,MRGO表面附着磁性纳米铁,并具有超顺磁性。MRGO在pH为3~11时均能高效地吸附MB。MRGO对MB的吸附受背景电解质的影响较小。反应过程在前30 min反应速率很快,到120 min内达到吸附平衡。MRGO对MB的吸附符合准2级动力学模型和Langmuir吸附等温模型。MRGO对MB表现出良好的吸附性能,在303 K时其饱和吸附量为91.02 mg/g。MRGO经过5次循环吸附后仍具有较高吸附容量,可通过外加磁场分离回收和重复使用,是一种优良的吸附染料废水的新型材料。

超顺磁性纳米铁粒子标记骨髓基质干细胞及对其分化能力的影响

目的研究超顺磁性纳米铁粒子标记骨髓基质干细胞(BMSCs)对其存活、增殖及向肝细胞分化能力的影响,确定最佳标记浓度,为磁共振成像(MRI)技术追踪同种异体移植的磁标记细胞奠定基础。方法使用菲立磁(Ferumoxides)标记大鼠BMSCs,采用Prussianblue染色、电镜等鉴定Ferumoxides标记BMSCs的效率;检测标记后BMSCs的诱导分化率评估其向肝细胞分化能力。门静脉和肝内局部移植标记BMSCs后行MRI肝脏扫描。结果标记培养基Fe3+浓度在11.2￣16.8μg/mL时,Prussianblue染色可见90%以上细胞阳性,透射电镜可见铁颗粒位于胞浆中;标记后BMSCs向肝细胞分化的能力与正常未标记BMSCs差异无统计学意义(P>0.05);Fe3+浓度在5.6μg/mL时,着色率<60%;Fe3+浓度为22.4μg/mL、28.0μg/mL时培养基中死细胞增多,且诱导分化后AFP与白蛋白阳性率降低,与对照组比较差异有统计学意义(P<0.05)。标记BMSCs门静脉和肝内局部移植后大鼠肝脏在MRI的SE-T2WI序列扫描下与移植前比较局部呈明显低信号改变。结论标记培养基Fe3+浓度在11.2￣16.8μg/mL时,Ferumoxides对BMSCs标记效率较高,且不影响其存活、增殖及向肝细胞分化能力,标记后的BMSCs可用于进一步实验。活体MRI示踪肝内或门静脉移植Ferumoxides标记的BMSCs有一定的可行性。

磁性纳米铁对厌氧颗粒污泥特性及其微生物群落的影响

考察了磁性纳米铁(Fe3O4NPs)对厌氧颗粒污泥溶解性微生物产物(SMP)、疏松胞外聚合物(LB-EPS)、紧密胞外聚合物(TB-EPS)的影响,同时利用高通量测序技术对厌氧颗粒污泥内微生物群落结构的变化进行了分析.结果表明,在长期接触实验过程中,投加Fe3O4NPs的反应器对COD去除率为83.6%,与对照组相比降低了5.7%.对照组与实验组中厌氧颗粒污泥TB-EPS含量(以VSS计)分别为178.20 mg·g-1和138.24 mg·g-1,而SMP含量分别为34.88 mg·L-1和27.44 mg·L-1;同时投加Fe3O4NPs后,在LB-EPS三维荧光(EEM)光谱中,紫外光区类腐殖酸荧光峰消失,辅酶F420荧光峰强度有所降低.在长期接触实验后,甲烷杆菌属(Methanobacterium)所占比例从76.15%增至86.76%,而甲烷丝菌属(Methanothrix)所占比例从17.1%降至7.51%,Methanothrix对于Fe3O4NPs更为敏感;总细菌群落变化明显,其中变形菌门(Proteobacteria)所占比例从66.44%降至47.16%,放线菌门(Actinobacteria)所占比例从8.97%增至17.33%,拟杆菌门(Bacteroidetes)所占比例从8.07%增至17.74%,厚壁菌门和拟杆菌门比例的增加对有机物的厌氧水解过程发挥积极的作用.

超顺磁性纳米铁颗粒标记许旺细胞及体外磁共振示踪的实验研究

目的 研究超顺磁性纳米铁颗粒（SPIO）体外标记小鼠许旺细胞（SCs）及MRI成像示踪的可行性.方法 分离、纯化新生C57BL/6小鼠（5～7 d）的许旺细胞,取已分别用25.0 μg/ml、50.0 μg/ml浓度SPIO标记的0.5×106、1.0×106、5.0×106个许旺细胞,普鲁士蓝染色和透射电镜观察标记细胞内铁颗粒的分布情况,并用不同MRI扫描序列,测定标记的细胞群信号.结果 0.5×106、1.0×106、5.0×106小鼠许旺细胞与不同浓度的SPIO共同培养24 h后,普鲁士蓝染色见细胞内有许多蓝染的铁颗粒;透射电镜检查显示致密的铁颗粒位于细胞的吞噬泡或溶酶体中.体外MRI呈明显的低信号改变,以T2WI和GRE/30°序列改变最为明显.结论 SPIO可以标记小鼠许旺细胞,应用MRI可以对其进行体外示踪和监测.

磁性纳米铁联合多柔比星对Raji细胞的影响

目的探讨磁性纳米Fe3O4颗粒（Fe，OrMNP）联合多柔比星（ADM）对Raji细胞的影响。方法采用MTT法检测细胞的增殖，锥虫蓝染色计数细胞的活性，流式细胞术检测细胞凋亡情况，Westemblot检测p53和NF．KB的表达水平。结果ADM及Fe，04-MNP—ADM对Raji细胞的生长抑制率与药物浓度、作用时间呈正相关（r=0．412，P=0．027；r=0．523，P=0．014）；12、24、48h细胞凋亡率二者分别为8．76％比14．85％、35．08％比44．50％、44．00％比69．40％，差异有统计学意义（t值分别为-9．137、-4．808、-6．337，P值分别为0．012、0．041、0．024）；Western blot检测示ADM组与Fe304-MNP—ADM组NF．KB蛋白的灰度条带与内参比较分别为4．22-4-0．32、3．31-4-0．28，p53蛋白的条带灰度值分别为1．042±0．114、1．270±0．091，差异具有统计学意义（t=-54．416，P=0．035；t=33．963，P=0．047）。结论Fe30，MNP联合ADM能够有效抑制Raji细胞增殖并诱导其凋亡，作用机制可能与增强p53蛋白活化、抑制NF—KB通路的激活有关。

Zn^(2+)和HCO_3^-对纳米磁性铁去除水中砷的影响

研究Zn2+和HCO3?对纳米磁性铁去除水中砷的影响。结果表明:Zn2+可以显著增强纳米磁性铁对砷的吸附,使As(Ⅴ)去除率由原来的66%提高到99%以上;HCO3?对纳米磁性铁吸附砷具有明显的抑制作用,使As(Ⅴ)去除率降至15%;而Zn2+可以削弱HCO3?对As(Ⅴ)吸附的抑制效应,在较短时间内(2 h)去除90%以上的As(Ⅴ),达到世界卫生组织规定的饮用水砷标准10μg/L。

超顺磁性铁纳米颗粒标记对视网膜前体细胞体外培养的影响

目的：探讨超顺磁性铁纳米颗粒（SPIO）标记对视网膜前体细胞体外培养的影响并对其进行量化,探求SPIO标记视网膜前体细胞的最佳浓度。方法：来源于19d胚胎大鼠的视网膜前体细胞,以不同浓度SPIO标记（Fe3＋颗粒浓度为5.6,11.2,16.8,22.4mg/L）24～48h后,进行形态学观察和流式细胞技术、MTT和Turnel等技术分析,研究细胞增殖和凋亡情况。结果：当SPIO标记浓度低（〈5.6mg/L）时,细胞生长不受影响但转染效率较低（〈60%）,无法满足MRI示踪的要求;浓度高（〉22.4mg/L）时符合MRI示踪要求,但标记物对细胞产生毒性,影响其生长;浓度11.2～16.8mg/L时,既不影响细胞生长,也能达到较好的转染效率。结论：SPIO标记浓度在11.2～16.8mg/L范围内时为最佳,标记效率较高且不影响细胞的体外分化培养。

液相法制备(亚)铁磁性纳米材料

(亚)铁磁性纳米材料因其特殊的磁学性能,在生物、医药、电子器件、军工等领域具有广泛的应用前景。本文综述了(亚)铁磁性纳米金属铁、钴、镍以及合金和铁氧体的液相制备方法,包括沉淀法、水热/溶剂热法、微乳液法、多元醇工艺、热分解法、溶胶-凝胶法和超声化学法等;详细介绍了这些方法的反应机制和发展现状以及应用上述方法制备相关纳米材料的过程;分析了有关(亚)铁磁性纳米材料能够实现产业化的制备方法的发展趋势。

纳米铁磁性合金包裹氧化铝复合微球的制备

用非均相沉淀法制备了CoFe,CoNi,CoFeNi包裹氧化铝3种微球前驱体,在还原气氛中于720℃焙烧2h获得了包裹层颗粒分布均匀的纳米多元铁磁性合金/氧化铝复合微球。利用红外光谱、扫描电镜、能量散射光谱仪、X射线衍射仪对前驱体及热还原产物的成分、结构及形貌进行了表征,还分析研究了前驱体热分解过程。结果表明:包裹层CoFe,CoFeNi合金粒子的平均粒径为70～80nm,CoNi合金粒子小于50nm。前驱体的包裹层分别为无定型Fe2O3·nH2O,NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O,Co2(OH)2CO3的混合物,热处理后这些无定型结构分别转变成了CoFe,CoNi和CoFeNi固溶体合金。

铁矿渣磁性纳米颗粒的制备及其对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附潜力

【目的】制备铁矿渣磁性纳米颗粒,研究其对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能,促进富含铁的工业固体废弃物的资源化利用。【方法】以铁矿尾矿渣为原料,通过化学方法制备改性磁铁纳米颗粒3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4,对其进行表征,以批处理法探讨了不同pH、Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)平衡质量浓度和吸附时间下3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4对水体中Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附潜力,并用X射线光电子能谱分析技术对吸附Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)前后3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4的结构进行分析。【结果】成功制备出了化学稳定性良好、粒径为73~160nm的磁性颗粒3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4,磁化强度23.1emu/g,颗粒表面富含-NH_2官能团。随体系pH以及Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)平衡质量浓度的升高,3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附量总体呈先迅速增加之后趋于平衡。在0~60min时,随着吸附时间的延长,3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)吸附量迅速增加,120min后达到吸附平衡,准二级动力学模型能较好地拟合这一过程。Langmuir吸附等温模型能较好地拟合3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附过程,3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的最大吸附量分别为158.86和88.93 mg/g。3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附机制为不饱和配合吸附。【结论】以铁矿渣等含铁的工业固体废弃物为原料,成功制备出了对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)具有较好吸附能力的磁性纳米颗粒3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4。

磁性铁纳米材料的细胞学效应和膜转运机制

总结和讨论了针对Fe_3O_4纳米颗粒的生物兼容性、细胞内吞和转运过程及其自身酶活性对自噬和细胞代谢的研究,对于磁性纳米材料在体内抗氧化、自噬调控、疾病和辐射治疗等相关研究具有重要的参考和启发意义。

纳米零价铁磁性生物炭对水中2,4,6-三氯酚吸附机理及动力学研究

利用黄豆壳合成纳米零价铁磁性生物炭（n ZVI-MBC）材料,运用X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对其理化性质进行表征,探讨其对2,4,6-三氯苯酚（2,4,6-TCP）吸附机制,并考察溶液p H和n ZVI-MBC投加量等因素对吸附效果的影响。表征结果显示：n ZVI-MBC成功负载了α-Fe,且颗粒近似球形,呈团聚状。实验结果表明：n ZVI-MBC在p H为5～8出现阶段性吸附,吸附效果较好。n ZVI-MBC对2,4,6-TCP的吸附与二级动力学模型拟合度较好,且符合Langmuir吸附等温线方程,吸附过程主要受快速反应控制,降低反应温度有利于生物炭对水中2,4,6-TCP的吸附。

铁磁性纳米片间相互作用对其微波磁性的影响

在铁磁性元素中,交换能、偶极能和各向异性能之间存在复杂的竞争,因此,这种结构化介质的静态和动态性能与构成材料的固有磁特性,各个元素的形状和尺寸等有着密切的关系.这些多个自由度提供了对于通常未构图的磁性薄膜不可达到的新性能.本文通过将所研究的系统划分成立方体网格的三维阵列来对其进行建模,研究具有不同相对位置、纳米片间距、磁各向异性方向的两矩形铁磁性纳米片的微波磁性能.研究发现:与单个矩形铁磁性纳米片相比,具有不同相对位置、纳米片间距的两矩形铁磁性纳米片共振峰频率分布发生变化;当两矩形纳米片磁各向异性方向所呈角度由0°增加到30°时,其磁性质没有明显变化,而从30°到90°时,其磁性质对磁各向异性方向变化比较敏感.通过调控纳米片的相对位置、纳米片间距以及磁各向异性方向可以制备具有良好性能的吸收材料.

铁氧化物磁性纳米材料模拟酶的应用研究进展

铁氧化物磁性纳米材料过氧化物模拟酶催化活性的发现,开启了纳米材料研究的新领域。与天然酶相比,纳米材料模拟酶具有易制备、使用范围广、催化活性可调等优点。近期,各种新型铁氧化物磁性纳米材料模拟酶被制备出来并用于过氧化氢、葡萄糖、癌症标志物等检测。鉴于此,简要总结了近年来国内外磁性氧化铁纳米材料及磁性纳米复合材料模拟酶在光化学分析、电化学传感及有机污染物降解等方面的应用研究进展,并对今后可能的研究方向和要点做出展望。

铁氰化镍的磁性纳米粒子合成及化学修饰电极的制备

将镍粒子表面功能化,合成了磁性纳米铁氰化镍(NiHCF)粒子,制备了磁性NiHCF修饰磁控玻碳电极。在pH=7.4的磷酸盐缓冲溶液中,磁性NiHCF纳米粒子修饰电极对水合肼氧化有显著的催化作用,NiHCF的氧化峰电流与水合肼浓度在0～1.29×10-4mol/L范围内呈良好的线性关系(安培法),检出限为2.1×10-8mol/L。研究了磁性NiHCF粒子修饰电极对水合肼的电化学响应以及电极的性能,并将其应用于水样中肼的测定。该修饰电极具有灵敏度高、选择性好、电极易更新、稳定性好和制作简单等优点。

铁酸锌磁性纳米颗粒诱导活性氧及促死亡自噬杀伤肾癌细胞的实验研究

目的探讨铁酸锌磁性纳米颗粒(ZF NPs)对肾癌细胞(Caki-1)的杀伤效应及其与活性氧(ROS)和自噬的相关性。方法采用水相法合成ZF NPs,使用透射电子显微镜(TEM)等方法对ZF NPs进行表征测试;噻唑兰(MTT)法检测ZF NPs对Caki-1细胞的生长抑制作用;DCFH-DA染色检测不同处理组细胞内ROS水平;TEM观察ZF NPs能否诱导Caki-1细胞产生自噬泡;Western blot检测不同处理组细胞自噬强度的变化;DCFH-DA染色、MTT及Western blot探究ZF NPs杀伤Caki-1细胞过程中诱导ROS与自噬的调控机制。结果尺寸、形貌均一的ZF NPs具备可用于MRI的顺磁性。ZF NPs对Caki-1细胞具有剂量及时间依赖性杀伤效应,在此过程中,ZF NPs以剂量及时间依赖的方式诱导Caki-1细胞产生ROS,而N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)可减少ROS的积累,并减弱ZF NPs的杀伤效应。ZF NPs亦可诱导Caki-1细胞产生自噬,渥曼青霉素可抑制ZF NPs引起的微管相关蛋白1轻链3-二型(LC3-Ⅱ)蛋白积累,并减弱ZF NPs的杀伤效果。ZF NPs与海藻糖联用则会诱导更强的肿瘤杀伤效应,机制为海藻糖可增加ZF NPs杀伤Caki-1细胞过程中ROS的积累及促死亡自噬的强度。在此过程中,NAC抑制ROS可减弱ZF NPs诱导的自噬强度,渥曼青霉素抑制自噬亦可减少ROS的积累。结论ZF NPs具备成为MRI造影剂的潜力,并可诱导ROS及促死亡自噬交互调控杀伤Caki-1细胞。

用于高性能微波吸收的聚酰亚胺衍生多孔碳/纳米磁性铁微粒复合材料

通过共沉淀法制备了F_(3)O_(4)磁性材料,通过真空冷冻干燥和高温热解的方法,制备了不同磁性微粒添加量的聚酰亚胺基多孔碳/纳米磁性铁微粒(PIC、PIC/Fe-1、PIC/Fe-2、PIC/Fe-3)复合吸波剂。聚酰亚胺优异的耐热性能,保证了高温热解过程中孔结构的完整。完整的多孔结构可改善了阻抗匹配条件。适量纳米磁性铁微粒的加入在改善介电损耗的同时增加了磁损耗,使电磁波在吸波剂内部快速衰减。PIC/Fe-2厚度为4.57 mm时,最小反射损耗(RL_(min))为-24.13 dB,厚度为4.89 mm时,有效吸收带宽(EABW,大于90%EMW吸收,RL低于-10 dB)为2.54 GHz。另外,PIC/Fe-3厚度为4.91 mm时,RL_(min)为-54.43 dB,厚度为5.18 mm时,EABW为2.65 GHz。工作中设计的聚酰亚胺基多孔碳/纳米磁性铁微粒吸收剂,EMW吸收性能较为优异,可作为吸波剂的候选材料。