MIT最新研究成果：磁控纳米粒子

采用新方法制造的粒子能够发出有色光，并且可以通过磁场对其进行操控。

在磁性纳米粒子中的铁原子（蓝色）和在荧光量子点中的镉（红色）的元素映射清晰地表达了由这两种粒子自然形成的核-壳结构。图像由研究人员提供

研究人员开发出一种提高了分辨率的TEM图像，该图像可以显示核-壳超纳米粒子的结构。可以看出，荧光量子点（QDs）在磁性纳米粒子（MNPs）核心的周围围成了一圈外壳。图像由研究人员提供

单核-壳超纳米粒子结构的高分辨率图像 图像由研究人员提供

在生物体内创造能够释放有色荧光的粒子是人们的长期追寻的目标。日前，来自麻省理工学院的一个研究团队和其他几个研究机构已经获得了成功，而且他们能将这种粒子精确地放入生物细胞中的特定位置。《自然通讯》杂志刊登了这一成果。

这种新技术可以追踪在体内或细胞内移动的纳米粒子的位置。同时，可以通过磁场精确地操控它们的移动。最后，还可以在这种粒子上涂上一层能够寻找到体内特定分子并与之结合的生物反应物，比如肿瘤细胞或其他疾病的病原体的标识。

麻省理工学院的李斯特.沃尔夫化学教授与新论文资深作者Moungi Bawendi说：“我多年以来都梦想着拥有一种紧凑的包含荧光和磁性物质的纳米材料。”尽管其他团队也成功地结合了这两种属性，Bawendi说他永远不会满足他的团队或其他团队前面所获得的成果。

他说，一方面，这种粒子用于制作生物组织的探测器还是太大。“它们体积过于冗余。对于生物或其他应用来说紧凑的结构尤为关键，”Bawendi补充道。

另外，前面的成果并不能制造出均匀并具有预想尺寸的粒子。这些同样也是诊断或治疗的重要属性。

此外，Bawendi说：“我们希望通过磁场操控细胞内的这些结构，同时还要准确地知道我们正在操控的是什么。”新型纳米粒子实现了上述所有目标。通过它们辐射的荧光波长可以对其进行高精度的定位。

Bawendi说：“新方法以尽可能小的捆扎形式结合既定的属性。这为将这种粒子用于其他目的做了铺垫，例如，与特定的生物受体或其他让人感兴趣的分子结合。”Bawendi所在的团队的骨干为陈欧（音译）博士后，在他们开发的技术中，纳米粒子以准确的组合方式结晶，从而获得可用的结晶物：磁性粒子聚集在中心位置，同时荧光粒子在磁性粒子周围形成均匀的外壳。这就将荧光分子置于明显的位置，便于光学显微镜对纳米粒子进行追踪。

Bawendi说：“它们拥有漂亮的结构，并且如此的整洁。”这种均匀的结构部分是因为合成它们所使用的原料。Bawendi及其团队完善多年的荧光粒子自身的尺寸特别均匀。陈欧说：“必须使用特别均匀的材料制作如此均匀的结构。”

Bawendi表示最初的粒子或许至少能用于探测细胞内的基本生物学功能。随着工作的展开，后面的实验可以向粒子的外壳中加入其他材料，这样就可以使这些材料以特定的方式与细胞内的分子或结构相作用，这既可用于诊断也可用于治疗。

观看细胞内的超纳米粒子如何发光和如何使用磁场操控它们。视频制作：Melanie Gonick/麻省理工学院

使用粒子进行生物学研究的关键在于能够使用电磁操控它们。Bawendi解释道：此外，这些微小的粒子可能会淹没在细胞内混杂的分子循环中。没有磁处理的话，寻找它们就像大海捞针。但是一旦使用磁，就可以轻松的发现它们。

粒子上的二氧化硅外壳允许依附其他分子，这样就可以使粒子与细胞内的特定结构进行结合。Bawendi说：“二氧化硅使整个过程变得灵活，它是一种极其先进的材料，它几乎能与所有的物质进行结合。”

例如，外壳中可以含有能与特定的肿瘤细胞进行结合的分子。他说：“可以使用它们增加MRI的对比度，这样就可以观察到一个肿瘤细胞结构的宏观轮廓。”

下一步，团队要在各种生物体内测试新型纳米材料。陈欧说：“我们已经制造出这种材料，我们正需要使用它。为了各种各样的应用，我们正与世界上的其他一些团队并肩工作。”

和这项研究并没有什么联系的Christopher Murray，他是宾夕法尼亚大学的化学和材料科学及工程教授，说：“这项工作充分体现了利用纳米结晶构建多尺度和多功能结构模块。在界内，我们经常使用术语‘人工原子’来描述我们是怎样利用新型基本元素周期表设计新型材料的，这就是一个典型的例子。”

这项研究的研究人员来自麻省理工学院、马萨诸塞州总医院、巴黎居里研究所、海因里.希佩特研究所、位于德国汉堡的伯恩哈德.诺赫脱热带医学研究所、波士顿儿童医院和康奈尔大学。工作得到了美国国立卫生研究院、陆军在麻省理工学院设立的士兵纳米技术研究办公室和能源部的支持。

译自：http://newsoffice.mit.edu/2014/glowing-magnetic-nanoparticles-1009

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