磁性納米材料由于其獨特的結構和優異的性能被廣泛地應用于醫學診斷、藥物緩釋、生物醫學等領域。本文對磁性納米材料在生物分離與純化、可控藥物釋放和磁共振成像等方面的應用進行了綜述,并對磁性納米材料的發展方向進行了展望。
引用本文： 滕愛蘭, 米登海. 磁性納米材料在生物醫學中的研究進展. 生物醫學工程學雜志, 2014, 31(2): 472-476. doi: 10.7507/1001-5515.20140087 復制
引言
近年來，磁性納米材料由于其獨特的結構和優異的性能被廣泛地應用于醫學診斷和藥物緩釋等生物醫學領域[1]。按組成可分為無機磁性材料和磁性聚合物納米材料兩類。無機磁性材料主要是指一些具有磁性的無機材料，如Fe3O4、Fe2O3、CoFe2O4、NiFe2O4等。但這類材料難分散且易團聚，因此極大地限制了其應用。磁性聚合物是目前該領域的研究熱點，主要是由于這類材料有很好的順磁性，較高的飽和磁場強度、生物相容性以及較強的磁響應性等。通常可采用連鎖聚合或逐步聚合的方法來制得磁性聚合物。所制備的磁性聚合物大多帶有可反應的活性官能團，從而得以進一步修飾制備出多功能的磁性聚合物。經過表面修飾的磁性材料不僅解決了分散和團聚的難題，還在很大程度上改善了磁性納米材料的生物相容性、穩定性及可生物降解的特性。這些性能的改變大大地拓展了其在生物醫學領域的應用，例如化學與生物化學磁分離[2]、磁性藥物定向釋放[3]、磁共振成像造影劑[4]、磁熱療[5]、疾病診斷[6]和層析色譜分離[7]等。本文對近年來磁性納米粒子的制備方法及其在生物醫學方面的最新應用進展進行綜述。
1 磁性納米粒子的制備方法
制備磁性Fe3O4材料主要采用干法和濕法兩類。其中以濕法較為普遍，主要包括溶膠-凝膠法、共沉淀法、微乳液法、熱分解法、水熱法以及膠體化學法等。干法主要有氣相沉積法、激光熱分解法、火焰熱分解法以及中空陰離子電極濺射系統等。但其中有些方法制備的磁性材料不利于在其表面進行化學改性，因而限制了其進一步的應用。磁性聚合物的形貌是多種多樣的，主要有零維、一維和二維三種[8]：零維是指材料在空間中的三維方向的尺度均為納米尺度，大多為球形，根據不同方法可以制備核殼結構、中空結構和多孔結構等[9]；一維主要是指材料在空間中二維方向的尺度處于納米尺度，大多為線形結構的納米線、納米棒、納米纖維以及納米管[10]；二維材料是指材料在三維方向的尺度只有一維在納米尺度，多為指磁性薄膜類材料[11]。
2 磁性納米材料的應用
2.1 生物醫學應用
具有生物相容性的磁性材料具有易操作、易分離、可修飾、低毒性或無毒性，因而在生物醫學領域有著廣泛應用，例如生物分離與純化、固定化酶、藥物釋放、磁共振成像等，已成為現代醫學研究的熱點之一。
聚磷腈因其良好的鏈柔順性、熱穩定性、光穩定性、抗氧化性、生物相容性、可生物降解等優異的特性也常被用來制備各種零維和一維磁性聚合物材料，并在生物醫藥領域有著廣闊的應用前景[12]。
Zhou等[13]首先用水熱合成法以油酸鐵為鐵源制備了直徑為(21.7±2.0)nm的磁性Fe3O4納米粒子；然后以正硅酸己酯為硅源，用溶膠-凝膠法在磁性Fe3O4納米粒子表面包覆了二氧化硅層，最后以六氯環三磷腈和雙酚S為原料制得了聚磷睛修飾的磁性納米球。產物具有很好的熱穩定性、水分散性和超順磁性，在生物傳感器、藥物釋放以及生物醫學等領域都有很好的應用前景。
2.2 生物分離與純化
許多和無機金屬材料復合的磁性材料在生物醫藥和生物技術等領域有著廣泛的應用。磁性碳雜化材料被用于生物分離是基于它們磁核的超順磁性以及碳表面存在的基團，例如-COOH、-OH和-NH2等。Liang等[14]利用包埋法以羧甲基殼聚糖與N-異丙基丙烯酰胺為單體，以SDS為乳化劑，制備得到用于生物分離溫敏和pH值敏的磁性多孔聚多糖凝膠。
Gul等[15]報道了磁性碳納米管被用于跟蹤造血干祖細胞。他們研究了熒光素-異硫氰酸鹽標記的磁性碳納米管在造血干祖細胞的吸收效率及其對細胞的毒性和變異作用。Guo等[16]發現帶有碳核的中孔碳球狀粒子對膽紅素有很好的吸附性能，可用于膽紅素的分離。Kim等[17]已經開發出磁性介孔碳泡沫，可被有效地用于在基質輔助激光解吸/電離質譜蛋白質或多肽的消化富集和脫鹽。他們認為濃縮脫鹽蛋白質消化效率高，主要應歸功于磁性介孔碳泡沫具有大的介孔氣孔和表面面積，而磁性介孔碳泡沫的磁性能使得富集和脫鹽(包括吸附、洗滌、分離步驟使用外部磁鐵)等過程簡單易行[18]。 磁性納米材料具有可控尺寸、磁響應性、生物相容性以及可控分離等優點，廣泛地應用于蛋白質分離、固定化酶、細胞分離以及核酸分離等領域[19-20]。
通常情況下，蛋白質的純化與分離主要有層析法、電泳法、過濾及沉淀法等，其中過濾及沉淀法均可基于磁分離[21]基礎而實現。該純化方法手段簡單、經濟有效。首先目標蛋白質分子包覆的磁性材料與復雜的分析底物在低濃度下混合，然后可進行快速和有選擇性的分離。在該過程中，經表面修飾的磁性材料一般具有固定親和力或親油配體以及離子交換基團，使其能與目標蛋白質結合在一起。例如，經核酸修飾的磁性微球可與聚合酶和切口酶反應，從而提高山葵過氧化物酶的自主合成，而山葵過氧化物酶可作為化學發光DNA酶接收器，該磁性微球可用作分離識別工具[22]。經氨基硅烷偶聯劑修飾的粒徑均勻的超順磁性微球可用于分離牛血清蛋白(bovine serum albumin,BSA)，當pH=5.0其BSA的最大固定量可達86 mg/g[23]。研究表明由于BSA易于發生結構轉變，所以氰胺的用量、堿的種類和用量等會影響其分離效率[24]。許多經親和配體修飾的磁性微球，如經三嗪、染料以及金屬離子修飾的磁性微球非常適宜于蛋白質的分離。
磁性微球因其具有較高的飽和磁場強度以及可與目標酶分子之間產生較強的親和力，可在外部磁場作用下有效地從反應介質中分離和移去目標酶，所以磁性微球也被廣泛地用作固定化酶的底物[25]。環氧氯丙烷修飾的淀粉包覆的磁性微球可用于從大豆蛋白中分離淀粉酶[26]。Co2+修飾的Fe3O4/SiO2磁性微球可用于固定化苯甲醛裂解酶，并可使催化苯甲醛裂解反應具有較高的效率[27]。核殼結構的磁性沸石微球可用于固定胰蛋白酶[28]。此外，具有高敏感性、專一性、快速及可再生性的化學發光酶固定的磁性微球還可以測定人體血清中的游離甲狀腺素[29]。綜上所述，基于磁性分離的原理，磁性微球可以從實際樣品中有效地定性和定量測定特定的蛋白質分子，可進一步用于DNA測序、疾病診斷、生物威脅防御及藥物釋放等。
具有生物相容性和高飽和磁場強度的磁性微球也可以用于核酸的提取，而且多以二氧化硅包覆的磁性微球為主。實現核酸分離的主要原理是在高鹽環境下，核酸分子可以通過吸附和與二氧化硅表面的硅羥基之間的相互作用而負載在磁性微球表面，經過洗滌之后再在低鹽環境中將核酸分子從磁性微球表面解吸附下來，如親水的磁性聚合物微球[30]、磁性膠束[31]、表面抗生蛋白鏈菌素修飾的磁性微球[32]等。除此之外，許多其他類型的磁性微球也被用于核酸的提取。與傳統方法相比，磁性分離是更為快速有效的方法，被廣泛地用于提取和探測核酸分子。
細胞通過磁性分離大致可分為兩類：磁性細胞和非磁性細胞。磁性細胞可以借助外磁場的作用直接從血液、食物以及水中分離出來；非磁性細胞需要通過親和配體與磁性微球結合，達到分離的目的[33]。磁免疫細胞是一種典型的非磁性細胞，可以通過與磁性微球之間的抗體-抗原相互作用進行磁性分離。在這一過程中，抗體分子可以與修飾有氨基或羰基的磁性微球之間通過共價鍵或吸附作用與目標細胞結合，然后采用正向選擇(直接獲得需要細胞)或負向選擇(將不需要的細胞除去)進行細胞磁性分離。
2.3 可控藥物釋放
經過修飾的功能化磁性納米材料可以作為藥物輸送的載體，在外磁場作用下，將藥物迅速并有效地輸送到預定部位，從而實現靶向可控藥物釋放。根據可控藥物釋放的原理，藥物釋放體系可以被分為擴散控制系統、化學控制系統、溶劑激活系統以及調控釋放系統。磁性納米材料廣泛地用于藥物可控釋放，主要是由于其具有高運輸效率、靶向治療、磁響應性、低毒性、高比表面積、可控尺寸、生物相容性、生物可降解性以及超順磁性等優勢[20]。由于Fe3O4納米粒子具有生物相容性、低毒性以及超順磁性被廣泛地用于制備磁性藥物的磁核，其表面一般需要進行適當的修飾，制備成磁性樹狀聚合物、磁性膠束、磁性乳液、磁性脂質體等。
眾所周知，適當包覆或者經表面改性的磁性納米顆粒可用于診斷試劑或者藥物載體。Xu等[34]證明具有核-殼結構的磁性金屬(鐵、鈷和鐵/鈷)石墨納米復合物可以殺死癌細胞。用羅丹明B修飾的Fe3O4磁性納米微球經進一步接枝上阿拉伯樹膠可用于地塞米松的可控藥物釋放。水溶性的Fe3O4磁性納米粒子被聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)與聚原酸酯(polyorthoester,POE)復合物包覆后可用于阿霉素的可控藥物釋放。Fe3O4磁性納米粒子被乳酸-羥基乙酸共聚物(polylactic-co-glycolic acid,PLGA)包覆的磁性聚合物材料也常被用于體內和體外進行可控藥物釋放。三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺修飾的Fe3O4磁性納米粒子，通過層層自組裝再包覆一層環糊精以及順丁烯二酸酐與甲基丙烯酸共聚物包覆的Fe3O4磁性納米微球也可用于可控藥物釋放。
Wu等[35]以磁性Fe3O4@SiO2球狀納米粒子為核，由于二氧化硅包覆了Fe3O4納米顆粒，所以避免了Fe3O4被氧化和酸腐蝕情況的發生；然后在其表面接枝了生物相容性好的聚乙二醇和聚天冬氨酸鹽嵌段共聚物；最后將抗癌藥物阿霉素通過靜電作用力吸附在納米粒子上。其對阿霉素的釋放速率可以通過對pH值的調節而實現。
Xu等[36]通過層層自組裝的方法將聚烯丙胺鹽酸鹽/聚苯乙烯磺酸鈉多層結構沉積在以Fe3O4@SiO2球狀納米粒子表面，制備得到一種核殼結構的磁性納米粒子，然后將化療用藥物多金屬氧酸鹽K7Ti2W10PO40·6H2O(PM-19)負載在該納米粒子上。研究發現這種結構的聚電解質對pH值敏感，調節pH值可以起到釋放藥物的開關作用。
2.4 磁共振成像
磁性納米顆粒在磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)領域的應用已得到全世界范圍的廣泛關注。它是借助計算機技術和二維圖像重建方法進行成像的一種無創影像手段。磁性納米材料正在從早期基于被動識別的肝部磁共振造影快速轉向基于主動識別的磁共振分子影像應用研究。該技術的優點首先體現在高成像分辨率，適合于對腦部、軟骨、肌肉、韌帶等組織的解剖結構改變進行觀察。作為一種非侵害性的方法，MRI可在臨床應用中產生高質量斷層成像，而且不需要注射放射性同位素就可以成像。它還可以提供代謝、功能、血液及腦脊液流動等方面的信息。
最近，分子和細胞成像研究主要集中在可磁性成像標記的細胞制備和可視化疾病診斷等方面。其中，改性的磁性納米材料與目標生物分子通過共價鍵連接從而進行MRI。影響MRI的因素主要包括粒子尺寸、包覆類型，表面性質、微表面結構、磁性摻雜劑等。順磁性的金屬離子錳、鐵以及釓等的復合物都可用于MRI，但由于釓和錳的毒性，一般使用的大多為鐵的復合物。此外，它們需要經過適當地修飾使其表面帶有適宜地具有特異性和選擇性的配體分子，從而使目標組織與鐵磁性材料可以成鍵配對。常使用的配體有抗體-抗原、赫塞汀、葉酸、核酸、葡萄聚糖、淀粉、多巴胺以及具有功能性基團如氨基或甲酸基等的化合物。此外，磁性材料表面也可經量子點(quantum dots,QDs)、金屬或染料分子修飾從而用于MRI領域。在某些時候，負載有藥物的磁性材料還可以兼具可控藥物釋放以及MRI的雙重功效。表面被多巴胺、葡萄聚糖、檸檬酸鹽包覆的Fe3O4和γ-Fe2O3磁性微球，表面被葉酸包覆的Fe3O4磁性微球，表面被聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)包覆的Fe3O4磁性微球，以及表面被金屬如金、Gd(Ⅲ)、lanthanide(Ⅲ)等包覆的Fe3O4磁性微球均是有效的MRI試劑。
Yang等[37]利用包埋法制備了包覆有直徑12 nm的Fe3O4磁性粒子的磁性聚合物微囊泡，用作MRI造影劑，其聚合物外殼由聚乙烯醇和聚乳酸組成。
Tan等[38]研究發現聚氧乙烯包覆的Fe3O4@SiO2納米粒子是一種很好的MRI造影劑，具有較低的細胞毒性。
3 展望
由于Fe3O4具有低毒性、超順磁性、制備方法多樣、形貌多樣以及易于修飾改性等許多優點，使得其被廣泛地應用于磁共振成像以及藥物釋放等生物醫學領域。實際應用中，磁性材料的物理化學性質，如尺寸、飽和磁場強度、表面功能化基團的性質及其形貌等均會對應用效果產生不同程度的影響。所以今后研究值得關注的問題主要有以下幾個方面：
(1) 磁性納米復合材料的制備研究。利用兩種納米材料的納米效應疊加而增強單一納米材料某一方面的性能。例如利用碳納米管作為載體來輸送治療癌癥用的靶向治療藥物[39]。
(2) 具有較高的比表面積的磁性材料的制備。例如具有可控孔徑的多孔結構磁性材料，尤其是具有較高的室溫磁響應性及多功能性磁性材料的制備。
(3) 通過功能化包覆獲得形貌均勻、熱穩定性好、化學穩定性好、易于分散、多功能化以及超順磁性的功能性磁性材料。
(4) 隨著磁性聚合物材料的發展，具有很好的吸附或負載能力的具有中空結構的磁性聚合物材料的制備及其應用研究也非常值得關注。
引言
近年來，磁性納米材料由于其獨特的結構和優異的性能被廣泛地應用于醫學診斷和藥物緩釋等生物醫學領域[1]。按組成可分為無機磁性材料和磁性聚合物納米材料兩類。無機磁性材料主要是指一些具有磁性的無機材料，如Fe3O4、Fe2O3、CoFe2O4、NiFe2O4等。但這類材料難分散且易團聚，因此極大地限制了其應用。磁性聚合物是目前該領域的研究熱點，主要是由于這類材料有很好的順磁性，較高的飽和磁場強度、生物相容性以及較強的磁響應性等。通常可采用連鎖聚合或逐步聚合的方法來制得磁性聚合物。所制備的磁性聚合物大多帶有可反應的活性官能團，從而得以進一步修飾制備出多功能的磁性聚合物。經過表面修飾的磁性材料不僅解決了分散和團聚的難題，還在很大程度上改善了磁性納米材料的生物相容性、穩定性及可生物降解的特性。這些性能的改變大大地拓展了其在生物醫學領域的應用，例如化學與生物化學磁分離[2]、磁性藥物定向釋放[3]、磁共振成像造影劑[4]、磁熱療[5]、疾病診斷[6]和層析色譜分離[7]等。本文對近年來磁性納米粒子的制備方法及其在生物醫學方面的最新應用進展進行綜述。
1 磁性納米粒子的制備方法
制備磁性Fe3O4材料主要采用干法和濕法兩類。其中以濕法較為普遍，主要包括溶膠-凝膠法、共沉淀法、微乳液法、熱分解法、水熱法以及膠體化學法等。干法主要有氣相沉積法、激光熱分解法、火焰熱分解法以及中空陰離子電極濺射系統等。但其中有些方法制備的磁性材料不利于在其表面進行化學改性，因而限制了其進一步的應用。磁性聚合物的形貌是多種多樣的，主要有零維、一維和二維三種[8]：零維是指材料在空間中的三維方向的尺度均為納米尺度，大多為球形，根據不同方法可以制備核殼結構、中空結構和多孔結構等[9]；一維主要是指材料在空間中二維方向的尺度處于納米尺度，大多為線形結構的納米線、納米棒、納米纖維以及納米管[10]；二維材料是指材料在三維方向的尺度只有一維在納米尺度，多為指磁性薄膜類材料[11]。
2 磁性納米材料的應用
2.1 生物醫學應用
具有生物相容性的磁性材料具有易操作、易分離、可修飾、低毒性或無毒性，因而在生物醫學領域有著廣泛應用，例如生物分離與純化、固定化酶、藥物釋放、磁共振成像等，已成為現代醫學研究的熱點之一。
聚磷腈因其良好的鏈柔順性、熱穩定性、光穩定性、抗氧化性、生物相容性、可生物降解等優異的特性也常被用來制備各種零維和一維磁性聚合物材料，并在生物醫藥領域有著廣闊的應用前景[12]。
Zhou等[13]首先用水熱合成法以油酸鐵為鐵源制備了直徑為(21.7±2.0)nm的磁性Fe3O4納米粒子；然后以正硅酸己酯為硅源，用溶膠-凝膠法在磁性Fe3O4納米粒子表面包覆了二氧化硅層，最后以六氯環三磷腈和雙酚S為原料制得了聚磷睛修飾的磁性納米球。產物具有很好的熱穩定性、水分散性和超順磁性，在生物傳感器、藥物釋放以及生物醫學等領域都有很好的應用前景。
2.2 生物分離與純化
許多和無機金屬材料復合的磁性材料在生物醫藥和生物技術等領域有著廣泛的應用。磁性碳雜化材料被用于生物分離是基于它們磁核的超順磁性以及碳表面存在的基團，例如-COOH、-OH和-NH2等。Liang等[14]利用包埋法以羧甲基殼聚糖與N-異丙基丙烯酰胺為單體，以SDS為乳化劑，制備得到用于生物分離溫敏和pH值敏的磁性多孔聚多糖凝膠。
Gul等[15]報道了磁性碳納米管被用于跟蹤造血干祖細胞。他們研究了熒光素-異硫氰酸鹽標記的磁性碳納米管在造血干祖細胞的吸收效率及其對細胞的毒性和變異作用。Guo等[16]發現帶有碳核的中孔碳球狀粒子對膽紅素有很好的吸附性能，可用于膽紅素的分離。Kim等[17]已經開發出磁性介孔碳泡沫，可被有效地用于在基質輔助激光解吸/電離質譜蛋白質或多肽的消化富集和脫鹽。他們認為濃縮脫鹽蛋白質消化效率高，主要應歸功于磁性介孔碳泡沫具有大的介孔氣孔和表面面積，而磁性介孔碳泡沫的磁性能使得富集和脫鹽(包括吸附、洗滌、分離步驟使用外部磁鐵)等過程簡單易行[18]。 磁性納米材料具有可控尺寸、磁響應性、生物相容性以及可控分離等優點，廣泛地應用于蛋白質分離、固定化酶、細胞分離以及核酸分離等領域[19-20]。
通常情況下，蛋白質的純化與分離主要有層析法、電泳法、過濾及沉淀法等，其中過濾及沉淀法均可基于磁分離[21]基礎而實現。該純化方法手段簡單、經濟有效。首先目標蛋白質分子包覆的磁性材料與復雜的分析底物在低濃度下混合，然后可進行快速和有選擇性的分離。在該過程中，經表面修飾的磁性材料一般具有固定親和力或親油配體以及離子交換基團，使其能與目標蛋白質結合在一起。例如，經核酸修飾的磁性微球可與聚合酶和切口酶反應，從而提高山葵過氧化物酶的自主合成，而山葵過氧化物酶可作為化學發光DNA酶接收器，該磁性微球可用作分離識別工具[22]。經氨基硅烷偶聯劑修飾的粒徑均勻的超順磁性微球可用于分離牛血清蛋白(bovine serum albumin,BSA)，當pH=5.0其BSA的最大固定量可達86 mg/g[23]。研究表明由于BSA易于發生結構轉變，所以氰胺的用量、堿的種類和用量等會影響其分離效率[24]。許多經親和配體修飾的磁性微球，如經三嗪、染料以及金屬離子修飾的磁性微球非常適宜于蛋白質的分離。
磁性微球因其具有較高的飽和磁場強度以及可與目標酶分子之間產生較強的親和力，可在外部磁場作用下有效地從反應介質中分離和移去目標酶，所以磁性微球也被廣泛地用作固定化酶的底物[25]。環氧氯丙烷修飾的淀粉包覆的磁性微球可用于從大豆蛋白中分離淀粉酶[26]。Co2+修飾的Fe3O4/SiO2磁性微球可用于固定化苯甲醛裂解酶，并可使催化苯甲醛裂解反應具有較高的效率[27]。核殼結構的磁性沸石微球可用于固定胰蛋白酶[28]。此外，具有高敏感性、專一性、快速及可再生性的化學發光酶固定的磁性微球還可以測定人體血清中的游離甲狀腺素[29]。綜上所述，基于磁性分離的原理，磁性微球可以從實際樣品中有效地定性和定量測定特定的蛋白質分子，可進一步用于DNA測序、疾病診斷、生物威脅防御及藥物釋放等。
具有生物相容性和高飽和磁場強度的磁性微球也可以用于核酸的提取，而且多以二氧化硅包覆的磁性微球為主。實現核酸分離的主要原理是在高鹽環境下，核酸分子可以通過吸附和與二氧化硅表面的硅羥基之間的相互作用而負載在磁性微球表面，經過洗滌之后再在低鹽環境中將核酸分子從磁性微球表面解吸附下來，如親水的磁性聚合物微球[30]、磁性膠束[31]、表面抗生蛋白鏈菌素修飾的磁性微球[32]等。除此之外，許多其他類型的磁性微球也被用于核酸的提取。與傳統方法相比，磁性分離是更為快速有效的方法，被廣泛地用于提取和探測核酸分子。
細胞通過磁性分離大致可分為兩類：磁性細胞和非磁性細胞。磁性細胞可以借助外磁場的作用直接從血液、食物以及水中分離出來；非磁性細胞需要通過親和配體與磁性微球結合，達到分離的目的[33]。磁免疫細胞是一種典型的非磁性細胞，可以通過與磁性微球之間的抗體-抗原相互作用進行磁性分離。在這一過程中，抗體分子可以與修飾有氨基或羰基的磁性微球之間通過共價鍵或吸附作用與目標細胞結合，然后采用正向選擇(直接獲得需要細胞)或負向選擇(將不需要的細胞除去)進行細胞磁性分離。
2.3 可控藥物釋放
經過修飾的功能化磁性納米材料可以作為藥物輸送的載體，在外磁場作用下，將藥物迅速并有效地輸送到預定部位，從而實現靶向可控藥物釋放。根據可控藥物釋放的原理，藥物釋放體系可以被分為擴散控制系統、化學控制系統、溶劑激活系統以及調控釋放系統。磁性納米材料廣泛地用于藥物可控釋放，主要是由于其具有高運輸效率、靶向治療、磁響應性、低毒性、高比表面積、可控尺寸、生物相容性、生物可降解性以及超順磁性等優勢[20]。由于Fe3O4納米粒子具有生物相容性、低毒性以及超順磁性被廣泛地用于制備磁性藥物的磁核，其表面一般需要進行適當的修飾，制備成磁性樹狀聚合物、磁性膠束、磁性乳液、磁性脂質體等。
眾所周知，適當包覆或者經表面改性的磁性納米顆粒可用于診斷試劑或者藥物載體。Xu等[34]證明具有核-殼結構的磁性金屬(鐵、鈷和鐵/鈷)石墨納米復合物可以殺死癌細胞。用羅丹明B修飾的Fe3O4磁性納米微球經進一步接枝上阿拉伯樹膠可用于地塞米松的可控藥物釋放。水溶性的Fe3O4磁性納米粒子被聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)與聚原酸酯(polyorthoester,POE)復合物包覆后可用于阿霉素的可控藥物釋放。Fe3O4磁性納米粒子被乳酸-羥基乙酸共聚物(polylactic-co-glycolic acid,PLGA)包覆的磁性聚合物材料也常被用于體內和體外進行可控藥物釋放。三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺修飾的Fe3O4磁性納米粒子，通過層層自組裝再包覆一層環糊精以及順丁烯二酸酐與甲基丙烯酸共聚物包覆的Fe3O4磁性納米微球也可用于可控藥物釋放。
Wu等[35]以磁性Fe3O4@SiO2球狀納米粒子為核，由于二氧化硅包覆了Fe3O4納米顆粒，所以避免了Fe3O4被氧化和酸腐蝕情況的發生；然后在其表面接枝了生物相容性好的聚乙二醇和聚天冬氨酸鹽嵌段共聚物；最后將抗癌藥物阿霉素通過靜電作用力吸附在納米粒子上。其對阿霉素的釋放速率可以通過對pH值的調節而實現。
Xu等[36]通過層層自組裝的方法將聚烯丙胺鹽酸鹽/聚苯乙烯磺酸鈉多層結構沉積在以Fe3O4@SiO2球狀納米粒子表面，制備得到一種核殼結構的磁性納米粒子，然后將化療用藥物多金屬氧酸鹽K7Ti2W10PO40·6H2O(PM-19)負載在該納米粒子上。研究發現這種結構的聚電解質對pH值敏感，調節pH值可以起到釋放藥物的開關作用。
2.4 磁共振成像
磁性納米顆粒在磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)領域的應用已得到全世界范圍的廣泛關注。它是借助計算機技術和二維圖像重建方法進行成像的一種無創影像手段。磁性納米材料正在從早期基于被動識別的肝部磁共振造影快速轉向基于主動識別的磁共振分子影像應用研究。該技術的優點首先體現在高成像分辨率，適合于對腦部、軟骨、肌肉、韌帶等組織的解剖結構改變進行觀察。作為一種非侵害性的方法，MRI可在臨床應用中產生高質量斷層成像，而且不需要注射放射性同位素就可以成像。它還可以提供代謝、功能、血液及腦脊液流動等方面的信息。
最近，分子和細胞成像研究主要集中在可磁性成像標記的細胞制備和可視化疾病診斷等方面。其中，改性的磁性納米材料與目標生物分子通過共價鍵連接從而進行MRI。影響MRI的因素主要包括粒子尺寸、包覆類型，表面性質、微表面結構、磁性摻雜劑等。順磁性的金屬離子錳、鐵以及釓等的復合物都可用于MRI，但由于釓和錳的毒性，一般使用的大多為鐵的復合物。此外，它們需要經過適當地修飾使其表面帶有適宜地具有特異性和選擇性的配體分子，從而使目標組織與鐵磁性材料可以成鍵配對。常使用的配體有抗體-抗原、赫塞汀、葉酸、核酸、葡萄聚糖、淀粉、多巴胺以及具有功能性基團如氨基或甲酸基等的化合物。此外，磁性材料表面也可經量子點(quantum dots,QDs)、金屬或染料分子修飾從而用于MRI領域。在某些時候，負載有藥物的磁性材料還可以兼具可控藥物釋放以及MRI的雙重功效。表面被多巴胺、葡萄聚糖、檸檬酸鹽包覆的Fe3O4和γ-Fe2O3磁性微球，表面被葉酸包覆的Fe3O4磁性微球，表面被聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)包覆的Fe3O4磁性微球，以及表面被金屬如金、Gd(Ⅲ)、lanthanide(Ⅲ)等包覆的Fe3O4磁性微球均是有效的MRI試劑。
Yang等[37]利用包埋法制備了包覆有直徑12 nm的Fe3O4磁性粒子的磁性聚合物微囊泡，用作MRI造影劑，其聚合物外殼由聚乙烯醇和聚乳酸組成。
Tan等[38]研究發現聚氧乙烯包覆的Fe3O4@SiO2納米粒子是一種很好的MRI造影劑，具有較低的細胞毒性。
3 展望
由于Fe3O4具有低毒性、超順磁性、制備方法多樣、形貌多樣以及易于修飾改性等許多優點，使得其被廣泛地應用于磁共振成像以及藥物釋放等生物醫學領域。實際應用中，磁性材料的物理化學性質，如尺寸、飽和磁場強度、表面功能化基團的性質及其形貌等均會對應用效果產生不同程度的影響。所以今后研究值得關注的問題主要有以下幾個方面：
(1) 磁性納米復合材料的制備研究。利用兩種納米材料的納米效應疊加而增強單一納米材料某一方面的性能。例如利用碳納米管作為載體來輸送治療癌癥用的靶向治療藥物[39]。
(2) 具有較高的比表面積的磁性材料的制備。例如具有可控孔徑的多孔結構磁性材料，尤其是具有較高的室溫磁響應性及多功能性磁性材料的制備。
(3) 通過功能化包覆獲得形貌均勻、熱穩定性好、化學穩定性好、易于分散、多功能化以及超順磁性的功能性磁性材料。
(4) 隨著磁性聚合物材料的發展，具有很好的吸附或負載能力的具有中空結構的磁性聚合物材料的制備及其應用研究也非常值得關注。