磁性纳米材料在生物医学领域的应用研究
1、课题分析
磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。磁性纳米材料的应用可谓涉及到各个领域。在机械，电子，光学，磁学 ，化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响。并有可能从根本上解决人类面临的许多问题。特别是能解决人类健康和环境保护等重大问题。
磁性纳米材料具有良好的磁导向性、较好的生物相容性、生物降解性和活性能基团等特点，它可结合各种功能分子。如酶、抗体、细胞、DNA或RNA等。因而在靶向药物、控制释放、酶的固定化、免疫测定、DNA和细胞的分离与分类等领域可望有广泛的应用。因此此行纳米材料是当前生物医学的一热门研究课题，有的已步入临床试验。鉴于此，我想对此有更多的了解，所以定了该课题。
2、背景知识
纳米是一种长度计量单位，1 nm=109m。纳米技术是在纳米尺寸范围内，通过直接操纵单个原子，分子来组装和创造具有特定功能的新物质。当物质颗粒小到纳米量级后，这种物质就可称为纳米材料。物质经过原子重排，使体积变小，小到微米级、纳米级时，性质就将发生改变。表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，从而使纳米粒子出现了许多不同于常规固体的新奇特性。由于纳米微粒尺寸小、比表面积大，表面原子数、表面能和表面张力随颗粒直径的下降急剧增大。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性。磁性纳米材料指具有磁响应性的纳米材料，在外加磁场的作用下这些纳米材料具有强的磁响应信号。磁性纳米材料运用于生物医学领域具有小尺寸效应、良好的磁导向性、生物相容性、生物降解性和活性功能基团等特点。由于磁性生物纳米材料的生物活性、亲和性或反应活性，磁性纳米生物材料具可结合各种功能分子如酶、抗体、细胞、DNA或RNA等，因而在靶向药物、酶的固定化、免疫测定、细胞的分离与分类等领域有广泛的应用。医学实验研究表明磁流体能逃逸网状内皮细胞系统的吞噬，具有优良的导向性，因此成为对生物体最有应用前景的导向材料之一。此外，人们利用纳米粒子使药物在人体内的传输更为方便这一特点，将磁性纳米粒子制成药物载体，通过静脉注射到动物体内，在外加磁场作用下通过纳米微粒的磁性导航，使其移动到病变部位达到定向治疗的目的，该方法局部治疗效果好而且副作用少。动物临床实验证明，带有磁性的Fe203粒子是发展这种技术的最有前途的功能材料。
相关领域的研究专家学者有侯仰龙、王晓文、唐劲天 、陈庆梅、 宗小林、刘毅敏、赵先英、杨旭、王祥智、赵华文、徐晓雪、李 莉、郑玉峰
3、解决的问题
a. 纳米磁性材料在生物医学领域的应用有哪些方面。
b. 纳米磁性材料在生物医学领域的应用存在的问题。
c. 纳米磁性材料在生物医学领域应用的发展前景和方向。
4、检索过程和方法
（1）检索了中国期刊网、中文科技期刊全文数据库、万方数据库，用了Google学术搜索引擎。
（2）主要用的是关键词检索，检索词“磁性纳米材料 生物医学应用”、“磁性纳米材料 应用”，逻辑关系都是与
（3）相关文献：
[1] 陈功， 殷珺 《磁性纳米材料在生物医学领域的应用》 江苏省中医院医学工程信息部、东南大学生物医学工程系 中国医学装备2006，3(8)
摘要：靶向药物载体技术，细胞分离技术，免疫分析，酶的吸附与固定作用和基因治疗几个方面简要分析磁性纳米材料在生物医学领域的应用及其发展过程中有待解决的问题。
[2] 王晓文 唐劲天 《磁感应纳米基因靶向治疗方法的研究与展望》清华大学工程物理系 医学物理与工程研究所 中国微创外科杂志2009年6月第9卷第6期 摘要：磁感应纳米基因靶向治疗方法是一种联合磁感应热疗和热诱导基因治疗的综合肿瘤治疗方法。磁性纳米颗粒既是磁感应热疗的核心介质,也可以作为肿瘤基因治疗的非病毒载体。如果我们采用热诱导启动子来控制治疗基因表达,利用磁性纳米颗粒载体携带治疗基因进入靶细胞,那么在交变磁场的作用下,磁性纳米颗粒感应升温就能够激活热诱导启动子,实现磁感应热疗诱导和热诱导基因治疗联合应用。我们还可以通过在磁性纳米颗粒表面耦联不同的靶向分子,或利用纳米粒子的磁性实现靶向
聚集,有可能解决磁感应介质和基因治疗中靶向定位问题。本文首次提出了磁感应纳米基因靶向治疗方法的概念,并从现有的相关研究基础出发,对实施磁感应纳米基因靶向治疗方法的可行性和可能存在的问题进行综述。
[3] 刘新权，景猛，李长宇，刘恩重 《磁性纳米材料的研究现状及其在神经干细胞移植中的应用》 哈尔滨医科大学神经外科 实用临床医学杂志2003，7(3)
摘要： 磁性纳米材料经过包衣等处理后可作为超顺磁性氧化铁纳米材料用于磁共振成像，在疾病诊断上有重要用途。超顺磁性氧化铁粒子(SPIOs)是具有组织特异性高、更安全的新型的磁共振阴性对比剂，目前主要用于富含网状内皮系统的肝、肺、淋巴结、骨髓等增强成像，具有其独特的临床诊断价值，但刘于网状内皮系统以外的其他组织的增强成像效果很不理想。因此避免纳米微粒被网状内皮系统吞噬，提高其主动靶向性成为纳米粒的另一个研究目标。
[4] 陈庆梅， 宗小林 《磁性纳米材料及其在癌症诊疗中的应用》 江西中医学院计算机系、浙江大学生物医学工程教育部重点实验室 微纳电子技术2009，46(6) 摘要：磁性纳米材料在不同的尺寸下分别呈现出铁磁性和超顺磁性。介绍了不同形式和用途的磁性纳米材料，包括磁性纳米颗粒、磁性脂质体、磁流体、铁磁微晶玻璃、碳铁复合物、超顺磁性氧化铁等，并对近年来磁性纳米材料在磁共振成像、肿瘤细胞
分离、肿瘤靶向热疗、栓塞治疗及药物磁导向方面的应用进行了综述。总结了磁性纳米材料在癌症诊断及治疗中的作用和面临的困难，并对磁性纳米材料在深部肿瘤的诊断及癌症的联合治疗、基因治疗等应用方向进行了展望。
[5] 黄明鸣 《荧光磁性纳米材料的制备及其在磁共振方面的应用 》 上海师范大学 2009
摘要：近十几年来,纳米科技得到了迅猛发展,并且广泛渗透于各个学科领域,形成了一系列既相对独立又互相联系的分支学科,其中由纳米科学、生物学和医学交叉结合形成的纳米生物医学,是最引人注目、最有生命力的发展方向之一。生物医用功能纳米材料的制备与应用是其主要研究内容之一。其中,荧光二氧化硅由于具有优越的荧光纳米效应,已经被应用于荧光标记探针、荧光传感器的制备等研究中。磁性纳米材料由于具有粒径小和强的可操纵性而被成功地应用于疾病的诊断与治疗以及生物物质的分离等方面,尤其是其作为造影剂在磁共振成像方面具有非常好的应用前景。本文主要研究了荧光二氧化硅和磁性纳米材料的制备,并对磁性纳米材料作为造影剂在磁共振方面的应用进行了初步探讨。 (1)在没有加入任何无机和有机荧光团的情况下,采用一步法合成有荧光的二氧化硅纳米粒子,用透射电子显微镜和扫描电子显微镜表征了粒子的形貌,用红外光谱证明合成了二氧化硅纳米粒子,用荧光分光光度计测定了荧光强度,并且进一步研究了煅烧温度对粒子荧光强度的影响。结果表明:所得二氧化硅纳米粒子为球形,粒径均匀,直径在160nm左右;在二氧化硅的制备过程中添加无荧光基团的有机硅烷,经煅烧可以产生荧光。
[6] 刘毅敏，赵先英，杨旭，王祥智，赵华文 《基于磁性纳米材料的肿瘤治疗研究》 第三军医大学化学教研室 材料导报2007，21(z2)
摘要：磁性纳米粒子是结合了纳米科技和电磁技术的高新材料，在生物、医药领域有很好的应用前景。介绍了磁性纳米粒的基本特性及在肿瘤靶向治疗方面的研究。
[7] 侯仰龙 《磁性纳米材料的化学合成、功能化及其生物医学应用》 北京大学工学院先进材料与纳米技术系 今日化学2010，25（2）
摘要：从纳米材料的生长动力学模型出发,讨论磁性纳米材料的控制合成原理。总结磁性纳米材料的化学设计与合成、表面功能化及其在核磁共振成像和多模式影像等方面的应用研究最新进展。
[8] 肖旭贤，何琼琼，黄可龙 《磁性纳米生物材料在医学上的应用》中南大学化学化工学院,中南大学基础医学院病理教研室 生物技术通报2006（3）
摘要: 磁性纳米生物材料因其独特的性能而具有广泛的应用价值, 尤其在肿瘤治疗, 细胞及生物分子的分离纯化, 临床诊断和组织工程领域, 给人类疾病的治疗带来了新的契机和希望。本文介绍和评估了国内外纳米磁粒在医学应用上的进展, 并展望了其未来。
[9] 陈克正，刘兴斌 《纳米微粒在生物医学领域的应用研究进展》 青岛化工学院纳米材料研究所，青岛市人民医院 青岛化工学院学报2000，21（1）
摘要: 纳米颗粒的比表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力强等这些优异性质, 为生物医学研究提供了新的研究途径。文中综述了纳米微粒在生物医学领域中的应用研究进展情况。
[10] 徐晓雪，李 莉，郑玉峰 《生物医用磁性纳米颗粒的制备与表面改性》 哈尔滨工程大学生物医学材料与工程研究中心 材料科学与工艺2008,16（4）
摘要：磁性纳米颗粒目前是生物医用纳米材料领域异常活跃的方向之一．不同方法制备的磁性纳米颗粒经不同聚合物或分子表面改性后具有多方面的生物医学应用．本文综合评述了磁性纳米颗粒的制备方法。如共沉淀法、溶胶一凝胶法、微乳剂法等；总
结了磁性纳米颗粒表面改性技术，包括改性物质与改性方法；概括了磁性纳米颗粒在生物医学领域的应用，主要涉及磁靶向制剂、细胞分离、肿瘤细胞的过热治疗、MRI衬度增强剂四方面．磁性纳米颗粒还有很大的发展空间和广阔的应用前景。
[11] 赵 强,庞小峰 《磁性纳米生物材料研究进展及其应用》 电子科技大学生命科学与技术学院 原子与分子物理学报2005,22（2）
摘要: 具有磁导向性、小尺寸效应和活性基团的磁性纳米生物材料在靶向给药、固定化酶、细胞分离和免疫分析以及基因治疗等生物医学领域都有一定的研究。本文综述了磁性纳米生物材料的制备与检测,及其在生物医学中的应用。
[12] 王胜林, 王强斌, 古宏晨, 朱以华 《磁性微球的生物医学应用研究进展》 (华东理工大学, 超细材料制备与应用教育部重点实验室 化学世界2001
摘要: 磁性微球作为一种新型功能材料, 在生物医学、细胞学和生物工程学等领域被广泛地应用于生物目标产品的快速分离; 在临床医学方面被广泛应用于靶向药。对磁性微球在生物分离和靶向药物等领域的应用进行了详细的介绍。
[13] 向娟娟，朱诗国，吕红斌， 阮建明， 张必成，李江， 李桂源 《用氧化铁磁性纳米颗粒作为基因载体的研究》 中南大学湘雅医学院肿瘤研究所，中南大学粉末冶金国家重点实验室 癌症2001,20（10）
[14] 杜益群 ,张东生,倪海燕,顾宁 ,颜士岩,唐秋莎 ,金立强 ,万美玲 《肿瘤热疗用Fe3O4 磁性纳米粒子的生物相容性研究》 东南大学基础医学院病理学与病理生理学系；东南大学生物医学工程系 南京大学学报(自然科学)2006,42（3）
摘要：研究用于肿瘤热疗的自制Fe3O4 磁性纳米粒子的生物相容性， 采用MTT 试验评价其浸提液体外细胞毒性；溶血试验评价其有无溶血作用；小鼠腹腔注射Fe3O4 磁性纳米粒子无菌生理盐水混悬液以测定其L D50；微核试验评价其有无致畸、致突变作用等.。MTT 结果显示该材料对L2929 细胞毒性为0～1级，均属对细胞无毒性范畴；溶血试验中Fe3O4 磁性纳米粒子的溶血率为0. 514 % ，远小于5 % ，表明实验用Fe3O4 磁性纳米粒子无溶血作用；昆明小鼠腹腔注射该材料混悬液，其LD50 为7. 57 g/ kg 体重,其95 %的可信区间为6. 18～9. 27 g/ kg 体重,属实际无毒范畴，且具有较广的安全值范围. 微核试验结果表明该材料对小鼠骨髓微核形成率与阴性对照组相比无显著差异,而与阳性对照CTX 组相比有显著差异,可以认为该材料无致畸或致突变作用. 从实验目前的研究结果来看,自制的Fe3O4 磁性纳米粒子具有良好的生物相容性, 在肿瘤磁流体热疗方面具有良好的应用前景。
[15] 程敬泉，高政，周晓霞，张兆志 《磁性纳米材料的制备及应用新进展》 衡水学院应用化学系 衡水学院学报2007，9(1)
摘要：综述了磁性纳米材料的制备方法，如机械球磨法、水热法、微乳液法、超声波法等，归纳了各种制备方法的优缺点。对磁性纳米材料的应用热点进行了概述，并对其研究前景进行了展望。
(4)检索过程中遇到的困难和解决方法：
a.有时候在一个数据库或搜索引擎里搜到一篇相关文献，但打不开，我就把根据搜的文献题名等复制到另一个数据库里，有时候就可以看到全文了。如：在万方数据库里搜到的《磁性纳米粒子的制备及应用》无法看到全文，复制到中国期刊网数据库就可以看到了。
b.有时候搜到的文章不太符合自己的要求，就利用数据库里提供的同义词进行搜索。
5、检索总结（参考文献没有单独列出，都已包含在上述相关文献里了）
磁性纳米材料指具有磁响应性的纳米材料，在外加磁场的作用下这些纳米材料具有强的磁响应信号。在生物医学和电子学等方面应用前景广泛，尤其是生物医药领域。磁性纳米颗粒材料在生物医学领域的应用归因于：(1)纳米颗粒的尺寸使它与生物体单元大小相近，具有可比性，并且经表面改性后的颗粒能与生物体结合或发生反应；(2)磁性纳米颗粒可在生物体内通过外加磁场进行操作；(3)磁性纳米颗粒与外加磁场之间能够相互作用，如被加热到一定温度。[10]
通过查阅大量文献，我将根据磁性纳米材料的特点把磁性纳米材料在生物医学领域的应用方面总结如下：
一、利用其巨大的表面能，有多个结合位点，经表面改性后的颗粒能与生物体结合或发生反应的特点：
1、靶向载体技术：
主要分成两个方面：
a. 靶向药物载体技术：靶向给药或称定位释放药物, 即把药物直接定位于靶区, 或给药后药物聚结于靶区, 使靶区药物浓度高于正常组织。靶向给药可减少用药剂量, 增强药物对靶组织定位的特异性, 提高疗效和减少药物的毒副作用。磁性微球给药载体的特点: (1) 将药物随着载体被吸附到靶区周围, 使靶区很快达到所需浓度, 在其它部位分布量相应减少, 因此可以降低给药剂量;(2) 药物极大部分在局部作用, 相对减少了药物对人体正常组织的副作用, 特别是降低对肝、脾、肾等造血和排泄系统的损害; (3) 加速产生药效, 提高疗效。[12] b. 靶向放射性核素载体技术：用具靶向性的磁性纳米粒来运载放射性核素。肿瘤的放射免疫治疗过程中，由于使用的相关抗体特异性不高, 靶向性有一定局限、同时大量标记抗体进入骨髓, 造成不应有的损害等缺陷,一些研究人员开始采用具靶向性的磁性纳米粒来运载放射性核素。另外，对于神经干细胞的研究也利用了该方法。神经干细胞是具有多向分化潜能的细胞，植入机体可以分化为多种类型神经细胞，如神经元、少突胶质细胞等。已经用于脑卒中、脊髓损伤、帕金森病的实验及临床研究。但移植进入体内后如何在活体内进行示踪一直是困扰研究者的一个难题，磁性纳米粒子在此领域的应用解决了这一难题。所应用的氧化铁纳米粒子具有优异的顺磁性质，每毫升组织培养基中有1 ug即可以引起足够强度的MRI信号的改变。[3]
2、细胞分离和免疫分析：
细胞分离是磁性颗粒与高分子复合微球作为不容性载体，在其表面接枝具有生物活性的吸附剂或其他配体等活性物质，利用它们与特定细胞的特异性结合，在外加磁场作用下将细胞分离、分类并研究。[10] 磁性粒子用于细胞分离需要考虑以下几个因素：不与非特定细胞结合、具有灵敏的磁响应性、在细胞分离介质中不凝结。[1]
免疫分析在现代生物分析技术中是一种重要的方法，它对蛋白质、抗原、抗体及细胞的定量分析发挥着巨大的作用。在免疫检测中。经常利用一些具有特殊物理化学性质的标记物如放射性同位素、酶、胶体金和有机荧光染料分子等对抗体或抗原)进行偶联标记。在抗体与抗原识别后．通过对标记物的定性和定量检测而达到对抗原或抗体检测的目的。由于磁性纳米颗粒性能稳定，较易制备，可与多种分子复合使粒子表面功能化，如果磁性颗粒表面引接具有生物活性的专一性抗体，在外加磁场的作用下，利用抗体和细胞的特异性结合，就可以得到免疫磁性颗粒，利用它们可快速有效地将细胞分离或进行免疫分析。具有特异性高、
分离快、重现性好等特点，同时磁性纳米颗粒具有超顺磁性，为样品的分离、富集和提纯提供了很大方便，因而磁性纳米颗粒在细胞分离和免疫检测方面受到了广泛关注。[1]
3、磁性纳米颗粒对蛋白酶的吸附及固定化
生物高分子例如酶等都具有很多官能团。可以通过物理吸附、交联、共价偶合等方式将他们固定在磁性颗粒的表面。用磁性纳米颗粒固定化酶的优点是：易于将酶与底物和产物分离；可提高酶的生物相容性和免疫活性；提高酶的稳定性，且操作简单、成本较低。作为酶的固定化载体，磁性高分子颗粒有利于固定化酶从反应体系中分离和回收，还可以利用外部磁场控制磁性材料固定化酶的运动和方向，从而代替传统的机械搅拌方式，提高固定化酶的催化效率。磁性高分子颗粒作为酶的固定化载体还具有以下优点：固定化酶可重复使用，降低成本；可以提高酶的稳定性，改善酶的生物相容性、免疫活性、亲疏水性；分离及回收酶的操作简单，适合大规模连续化操作。[1]
4、 磁性纳米粒子在医学检测与诊断中的应用
磁性纳米粒经一些化合物或生物物质表面修饰后很容易吸附在生物组织如癌、肿瘤部位, 在磁场帮助下可定位进行精确观测，同时在放射线下又具有不透过性(在放射呈像时显示为阴影)，所以完全可以作为X-射线和核磁共振的造影剂。
[8]
5、基因治疗：
基因治疗是将遗传物质导入细胞或组织,进行疾病的治疗。基因导入的方法有病毒载体和非病毒载体。病毒载体存在制备困难,装载外源DNA大小有限制,能诱导宿主免疫反应及潜在的致瘤性等缺点。多价阳离子聚合物,如目前广泛应用的脂质体,具有病毒载体的优点,而没有病毒载体的缺点。但是聚合物的颗粒大小是影响转染效率的因素之一。目前要控制阳离子聚合物大小的合成方法还不很成熟,且阳离子聚合物的细胞毒性是影响转染的突出问题。磁性四氧化三铁生物纳米颗粒的制作简单,直径可达10 nm 以下,具有比表面积效应和磁效应。在纳米颗粒的表面可吸附大量DNA。在外加磁场的作用下,可具有靶向性。且四氧化三铁的晶体对细胞无毒。为达到生物相容性,在磁性四氧化三铁的晶体表面可很容易地包埋生物高分子,如多聚糖,蛋白质等形成核壳式结构。因此磁性生物纳米颗粒可成为较好的基因载体。[11]
二、利用磁性纳米材料可以被磁场引导的特点：
1、肿瘤的栓塞治疗：
血管栓塞术已广泛应用于临床肿瘤的治疗, 尤其用于晚期肝、肾恶性肿瘤的治疗。磁性微纳米球栓塞技术是采用微纳米磁性颗粒做栓塞剂, 在磁场的引导下有利于靶向进入病灶部位并滞留于末梢血管床而不再通过其它通路进入静脉循环引起栓塞失败或异位栓塞。[8]
2、磁性纳米粒子在组织工程方面的应用
自发现磁性纳米微粒标记的细胞可以被磁铁引导后,Ito 等就提出了一种新的采用磁场和磁性纳米粒并利用两者间的磁力作用引导下的组织工程方法。这些实验说明基于磁粒和磁场作用引导的组织工程将是解决器官移植所引发的众多问题的极有希望的手段之一。[8]
三、磁性纳米颗粒与外加磁场之间能够相互作用：
根据所查文献，该特点的应用主要是肿瘤的热疗。肿瘤热疗是肿瘤治疗技术中的一个非常重要的方法。磁粒用于肿瘤热疗(磁致热疗)治疗癌症是因为磁粒在
磁场的引导下, 可靶向病变部位, 同时交变磁场的作用下,磁滞后效应而产生热量将富有磁粒的肿瘤部位加热到43～48℃之间,选择性杀死癌细胞同时又不伤害正常细胞。
存在问题: 磁性纳米生物材料在生物医学领域已表现出独特的优势,具有潜在的应用前景。目前大多数研究还处于动物实验阶段,还需大量临床试验予以证明。目前磁性纳米材料仍存在诸多问题:
① 纳米微粒粒径的控制与其磁性强度弱的问题；
② 磁纳米微粒与化合物或生物分子结合的问题；
③ 精确的靶向定位问题；
④ 所摄载的药物、放射性核素等作用分子的摄载率及其释放行为；
⑤ 外加磁场对深层部位的纳米粒的磁控行为；
⑥ 高成本, 生产步骤复杂的问题； [8]
⑦ 生物相容性问题还需要深入研究。
发展前景和方向：
磁性纳米材料在生物医学领域已表现出独特的优势，具有潜在的应用前景。随着高分子材料学、电磁学、医学、生物工程学的进一步发展，必将加速推动对磁性纳米材料的基础研究和在生物医学领域应用研究工作，使之进入一个新的发展阶段。[1]
① 强磁性纳米微球粒径的控制[11]：
磁性纳米颗粒的特性与颗粒的尺寸、颗粒尺寸的分布、颗粒的形状和晶体结构密切相关。因而需要深入研究这些因素与磁性纳米颗粒性能（尤其是磁学性能)的关系，以便找到最佳的合成工艺,最终达到对材料性能剪裁的目的。从热力学和动力学两方面深入探索纳米尺度范围内材料合成机理对磁性纳米颗粒的尺寸、形状和晶体结构的影响，发展和完善单分散磁性纳米颗粒的制备方法。[1] ② 降低成本,简化生产步骤,以期大规模临床应用：
目前的磁性纳米材料在生物医学领域的应用研究才刚刚起步，但随着磁性纳米材料的产业化和商业化的推进，如何大批量的生产质量可靠稳定的磁性纳米材料，如何在生产过程中简化生产步骤，降低成本，以期大规模临床应用成为一个问题。[1]
③ 进一步拓宽磁性纳米材料在生物医学领域方面研究[11]:
着重研究生物大分子在磁性纳米颗粒的组装结合机理，以提高组装的结合力和结合量，发展面向不同应用要求的组装形式和组装方法；深入分析生物大分子在磁性纳米颗粒载体上组装后对其生物功能的影响，进一步研究磁性纳米颗粒及生物高分子组装体中无机成分和有机成分对磁性的贡献以及无机成分与有机成分的磁相互作用，以期将功能设计与组装方法有机地结合起来。[1]
④ 增强磁性纳米微球的磁性[11]：
⑤ 纳米生物技术及相关学科的交叉和发展：
比如：利用磁性纳米材料进行癌症治疗的临床应用仍处于起步阶段，还面临着交变磁场的选择、靶向热疗及药物控释中的温度控制等问题，这需要多个学科的相互渗透和共同努力。相信随着纳米生物技术及相关学科的交叉和发展，磁性纳米材料在癌症的诊疗中将发挥重要的作用。应用高梯度磁性分离原理可以拓宽
磁性药物靶向治疗的应用范围，有望突破目前磁场强度和梯度的限制，使磁靶向治疗同样适用于深部肿瘤和转移性恶性肿瘤。[4]
磁性纳米材料在生物医学领域的应用研究
1、课题分析
磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。磁性纳米材料的应用可谓涉及到各个领域。在机械，电子，光学，磁学 ，化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响。并有可能从根本上解决人类面临的许多问题。特别是能解决人类健康和环境保护等重大问题。
磁性纳米材料具有良好的磁导向性、较好的生物相容性、生物降解性和活性能基团等特点，它可结合各种功能分子。如酶、抗体、细胞、DNA或RNA等。因而在靶向药物、控制释放、酶的固定化、免疫测定、DNA和细胞的分离与分类等领域可望有广泛的应用。因此此行纳米材料是当前生物医学的一热门研究课题，有的已步入临床试验。鉴于此，我想对此有更多的了解，所以定了该课题。
2、背景知识
纳米是一种长度计量单位，1 nm=109m。纳米技术是在纳米尺寸范围内，通过直接操纵单个原子，分子来组装和创造具有特定功能的新物质。当物质颗粒小到纳米量级后，这种物质就可称为纳米材料。物质经过原子重排，使体积变小，小到微米级、纳米级时，性质就将发生改变。表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，从而使纳米粒子出现了许多不同于常规固体的新奇特性。由于纳米微粒尺寸小、比表面积大，表面原子数、表面能和表面张力随颗粒直径的下降急剧增大。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性。磁性纳米材料指具有磁响应性的纳米材料，在外加磁场的作用下这些纳米材料具有强的磁响应信号。磁性纳米材料运用于生物医学领域具有小尺寸效应、良好的磁导向性、生物相容性、生物降解性和活性功能基团等特点。由于磁性生物纳米材料的生物活性、亲和性或反应活性，磁性纳米生物材料具可结合各种功能分子如酶、抗体、细胞、DNA或RNA等，因而在靶向药物、酶的固定化、免疫测定、细胞的分离与分类等领域有广泛的应用。医学实验研究表明磁流体能逃逸网状内皮细胞系统的吞噬，具有优良的导向性，因此成为对生物体最有应用前景的导向材料之一。此外，人们利用纳米粒子使药物在人体内的传输更为方便这一特点，将磁性纳米粒子制成药物载体，通过静脉注射到动物体内，在外加磁场作用下通过纳米微粒的磁性导航，使其移动到病变部位达到定向治疗的目的，该方法局部治疗效果好而且副作用少。动物临床实验证明，带有磁性的Fe203粒子是发展这种技术的最有前途的功能材料。
相关领域的研究专家学者有侯仰龙、王晓文、唐劲天 、陈庆梅、 宗小林、刘毅敏、赵先英、杨旭、王祥智、赵华文、徐晓雪、李 莉、郑玉峰
3、解决的问题
a. 纳米磁性材料在生物医学领域的应用有哪些方面。
b. 纳米磁性材料在生物医学领域的应用存在的问题。
c. 纳米磁性材料在生物医学领域应用的发展前景和方向。
4、检索过程和方法
（1）检索了中国期刊网、中文科技期刊全文数据库、万方数据库，用了Google学术搜索引擎。
（2）主要用的是关键词检索，检索词“磁性纳米材料 生物医学应用”、“磁性纳米材料 应用”，逻辑关系都是与
（3）相关文献：
[1] 陈功， 殷珺 《磁性纳米材料在生物医学领域的应用》 江苏省中医院医学工程信息部、东南大学生物医学工程系 中国医学装备2006，3(8)
摘要：靶向药物载体技术，细胞分离技术，免疫分析，酶的吸附与固定作用和基因治疗几个方面简要分析磁性纳米材料在生物医学领域的应用及其发展过程中有待解决的问题。
[2] 王晓文 唐劲天 《磁感应纳米基因靶向治疗方法的研究与展望》清华大学工程物理系 医学物理与工程研究所 中国微创外科杂志2009年6月第9卷第6期 摘要：磁感应纳米基因靶向治疗方法是一种联合磁感应热疗和热诱导基因治疗的综合肿瘤治疗方法。磁性纳米颗粒既是磁感应热疗的核心介质,也可以作为肿瘤基因治疗的非病毒载体。如果我们采用热诱导启动子来控制治疗基因表达,利用磁性纳米颗粒载体携带治疗基因进入靶细胞,那么在交变磁场的作用下,磁性纳米颗粒感应升温就能够激活热诱导启动子,实现磁感应热疗诱导和热诱导基因治疗联合应用。我们还可以通过在磁性纳米颗粒表面耦联不同的靶向分子,或利用纳米粒子的磁性实现靶向
聚集,有可能解决磁感应介质和基因治疗中靶向定位问题。本文首次提出了磁感应纳米基因靶向治疗方法的概念,并从现有的相关研究基础出发,对实施磁感应纳米基因靶向治疗方法的可行性和可能存在的问题进行综述。
[3] 刘新权，景猛，李长宇，刘恩重 《磁性纳米材料的研究现状及其在神经干细胞移植中的应用》 哈尔滨医科大学神经外科 实用临床医学杂志2003，7(3)
摘要： 磁性纳米材料经过包衣等处理后可作为超顺磁性氧化铁纳米材料用于磁共振成像，在疾病诊断上有重要用途。超顺磁性氧化铁粒子(SPIOs)是具有组织特异性高、更安全的新型的磁共振阴性对比剂，目前主要用于富含网状内皮系统的肝、肺、淋巴结、骨髓等增强成像，具有其独特的临床诊断价值，但刘于网状内皮系统以外的其他组织的增强成像效果很不理想。因此避免纳米微粒被网状内皮系统吞噬，提高其主动靶向性成为纳米粒的另一个研究目标。
[4] 陈庆梅， 宗小林 《磁性纳米材料及其在癌症诊疗中的应用》 江西中医学院计算机系、浙江大学生物医学工程教育部重点实验室 微纳电子技术2009，46(6) 摘要：磁性纳米材料在不同的尺寸下分别呈现出铁磁性和超顺磁性。介绍了不同形式和用途的磁性纳米材料，包括磁性纳米颗粒、磁性脂质体、磁流体、铁磁微晶玻璃、碳铁复合物、超顺磁性氧化铁等，并对近年来磁性纳米材料在磁共振成像、肿瘤细胞
分离、肿瘤靶向热疗、栓塞治疗及药物磁导向方面的应用进行了综述。总结了磁性纳米材料在癌症诊断及治疗中的作用和面临的困难，并对磁性纳米材料在深部肿瘤的诊断及癌症的联合治疗、基因治疗等应用方向进行了展望。
[5] 黄明鸣 《荧光磁性纳米材料的制备及其在磁共振方面的应用 》 上海师范大学 2009
摘要：近十几年来,纳米科技得到了迅猛发展,并且广泛渗透于各个学科领域,形成了一系列既相对独立又互相联系的分支学科,其中由纳米科学、生物学和医学交叉结合形成的纳米生物医学,是最引人注目、最有生命力的发展方向之一。生物医用功能纳米材料的制备与应用是其主要研究内容之一。其中,荧光二氧化硅由于具有优越的荧光纳米效应,已经被应用于荧光标记探针、荧光传感器的制备等研究中。磁性纳米材料由于具有粒径小和强的可操纵性而被成功地应用于疾病的诊断与治疗以及生物物质的分离等方面,尤其是其作为造影剂在磁共振成像方面具有非常好的应用前景。本文主要研究了荧光二氧化硅和磁性纳米材料的制备,并对磁性纳米材料作为造影剂在磁共振方面的应用进行了初步探讨。 (1)在没有加入任何无机和有机荧光团的情况下,采用一步法合成有荧光的二氧化硅纳米粒子,用透射电子显微镜和扫描电子显微镜表征了粒子的形貌,用红外光谱证明合成了二氧化硅纳米粒子,用荧光分光光度计测定了荧光强度,并且进一步研究了煅烧温度对粒子荧光强度的影响。结果表明:所得二氧化硅纳米粒子为球形,粒径均匀,直径在160nm左右;在二氧化硅的制备过程中添加无荧光基团的有机硅烷,经煅烧可以产生荧光。
[6] 刘毅敏，赵先英，杨旭，王祥智，赵华文 《基于磁性纳米材料的肿瘤治疗研究》 第三军医大学化学教研室 材料导报2007，21(z2)
摘要：磁性纳米粒子是结合了纳米科技和电磁技术的高新材料，在生物、医药领域有很好的应用前景。介绍了磁性纳米粒的基本特性及在肿瘤靶向治疗方面的研究。
[7] 侯仰龙 《磁性纳米材料的化学合成、功能化及其生物医学应用》 北京大学工学院先进材料与纳米技术系 今日化学2010，25（2）
摘要：从纳米材料的生长动力学模型出发,讨论磁性纳米材料的控制合成原理。总结磁性纳米材料的化学设计与合成、表面功能化及其在核磁共振成像和多模式影像等方面的应用研究最新进展。
[8] 肖旭贤，何琼琼，黄可龙 《磁性纳米生物材料在医学上的应用》中南大学化学化工学院,中南大学基础医学院病理教研室 生物技术通报2006（3）
摘要: 磁性纳米生物材料因其独特的性能而具有广泛的应用价值, 尤其在肿瘤治疗, 细胞及生物分子的分离纯化, 临床诊断和组织工程领域, 给人类疾病的治疗带来了新的契机和希望。本文介绍和评估了国内外纳米磁粒在医学应用上的进展, 并展望了其未来。
[9] 陈克正，刘兴斌 《纳米微粒在生物医学领域的应用研究进展》 青岛化工学院纳米材料研究所，青岛市人民医院 青岛化工学院学报2000，21（1）
摘要: 纳米颗粒的比表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力强等这些优异性质, 为生物医学研究提供了新的研究途径。文中综述了纳米微粒在生物医学领域中的应用研究进展情况。
[10] 徐晓雪，李 莉，郑玉峰 《生物医用磁性纳米颗粒的制备与表面改性》 哈尔滨工程大学生物医学材料与工程研究中心 材料科学与工艺2008,16（4）
摘要：磁性纳米颗粒目前是生物医用纳米材料领域异常活跃的方向之一．不同方法制备的磁性纳米颗粒经不同聚合物或分子表面改性后具有多方面的生物医学应用．本文综合评述了磁性纳米颗粒的制备方法。如共沉淀法、溶胶一凝胶法、微乳剂法等；总
结了磁性纳米颗粒表面改性技术，包括改性物质与改性方法；概括了磁性纳米颗粒在生物医学领域的应用，主要涉及磁靶向制剂、细胞分离、肿瘤细胞的过热治疗、MRI衬度增强剂四方面．磁性纳米颗粒还有很大的发展空间和广阔的应用前景。
[11] 赵 强,庞小峰 《磁性纳米生物材料研究进展及其应用》 电子科技大学生命科学与技术学院 原子与分子物理学报2005,22（2）
摘要: 具有磁导向性、小尺寸效应和活性基团的磁性纳米生物材料在靶向给药、固定化酶、细胞分离和免疫分析以及基因治疗等生物医学领域都有一定的研究。本文综述了磁性纳米生物材料的制备与检测,及其在生物医学中的应用。
[12] 王胜林, 王强斌, 古宏晨, 朱以华 《磁性微球的生物医学应用研究进展》 (华东理工大学, 超细材料制备与应用教育部重点实验室 化学世界2001
摘要: 磁性微球作为一种新型功能材料, 在生物医学、细胞学和生物工程学等领域被广泛地应用于生物目标产品的快速分离; 在临床医学方面被广泛应用于靶向药。对磁性微球在生物分离和靶向药物等领域的应用进行了详细的介绍。
[13] 向娟娟，朱诗国，吕红斌， 阮建明， 张必成，李江， 李桂源 《用氧化铁磁性纳米颗粒作为基因载体的研究》 中南大学湘雅医学院肿瘤研究所，中南大学粉末冶金国家重点实验室 癌症2001,20（10）
[14] 杜益群 ,张东生,倪海燕,顾宁 ,颜士岩,唐秋莎 ,金立强 ,万美玲 《肿瘤热疗用Fe3O4 磁性纳米粒子的生物相容性研究》 东南大学基础医学院病理学与病理生理学系；东南大学生物医学工程系 南京大学学报(自然科学)2006,42（3）
摘要：研究用于肿瘤热疗的自制Fe3O4 磁性纳米粒子的生物相容性， 采用MTT 试验评价其浸提液体外细胞毒性；溶血试验评价其有无溶血作用；小鼠腹腔注射Fe3O4 磁性纳米粒子无菌生理盐水混悬液以测定其L D50；微核试验评价其有无致畸、致突变作用等.。MTT 结果显示该材料对L2929 细胞毒性为0～1级，均属对细胞无毒性范畴；溶血试验中Fe3O4 磁性纳米粒子的溶血率为0. 514 % ，远小于5 % ，表明实验用Fe3O4 磁性纳米粒子无溶血作用；昆明小鼠腹腔注射该材料混悬液，其LD50 为7. 57 g/ kg 体重,其95 %的可信区间为6. 18～9. 27 g/ kg 体重,属实际无毒范畴，且具有较广的安全值范围. 微核试验结果表明该材料对小鼠骨髓微核形成率与阴性对照组相比无显著差异,而与阳性对照CTX 组相比有显著差异,可以认为该材料无致畸或致突变作用. 从实验目前的研究结果来看,自制的Fe3O4 磁性纳米粒子具有良好的生物相容性, 在肿瘤磁流体热疗方面具有良好的应用前景。
[15] 程敬泉，高政，周晓霞，张兆志 《磁性纳米材料的制备及应用新进展》 衡水学院应用化学系 衡水学院学报2007，9(1)
摘要：综述了磁性纳米材料的制备方法，如机械球磨法、水热法、微乳液法、超声波法等，归纳了各种制备方法的优缺点。对磁性纳米材料的应用热点进行了概述，并对其研究前景进行了展望。
(4)检索过程中遇到的困难和解决方法：
a.有时候在一个数据库或搜索引擎里搜到一篇相关文献，但打不开，我就把根据搜的文献题名等复制到另一个数据库里，有时候就可以看到全文了。如：在万方数据库里搜到的《磁性纳米粒子的制备及应用》无法看到全文，复制到中国期刊网数据库就可以看到了。
b.有时候搜到的文章不太符合自己的要求，就利用数据库里提供的同义词进行搜索。
5、检索总结（参考文献没有单独列出，都已包含在上述相关文献里了）
磁性纳米材料指具有磁响应性的纳米材料，在外加磁场的作用下这些纳米材料具有强的磁响应信号。在生物医学和电子学等方面应用前景广泛，尤其是生物医药领域。磁性纳米颗粒材料在生物医学领域的应用归因于：(1)纳米颗粒的尺寸使它与生物体单元大小相近，具有可比性，并且经表面改性后的颗粒能与生物体结合或发生反应；(2)磁性纳米颗粒可在生物体内通过外加磁场进行操作；(3)磁性纳米颗粒与外加磁场之间能够相互作用，如被加热到一定温度。[10]
通过查阅大量文献，我将根据磁性纳米材料的特点把磁性纳米材料在生物医学领域的应用方面总结如下：
一、利用其巨大的表面能，有多个结合位点，经表面改性后的颗粒能与生物体结合或发生反应的特点：
1、靶向载体技术：
主要分成两个方面：
a. 靶向药物载体技术：靶向给药或称定位释放药物, 即把药物直接定位于靶区, 或给药后药物聚结于靶区, 使靶区药物浓度高于正常组织。靶向给药可减少用药剂量, 增强药物对靶组织定位的特异性, 提高疗效和减少药物的毒副作用。磁性微球给药载体的特点: (1) 将药物随着载体被吸附到靶区周围, 使靶区很快达到所需浓度, 在其它部位分布量相应减少, 因此可以降低给药剂量;(2) 药物极大部分在局部作用, 相对减少了药物对人体正常组织的副作用, 特别是降低对肝、脾、肾等造血和排泄系统的损害; (3) 加速产生药效, 提高疗效。[12] b. 靶向放射性核素载体技术：用具靶向性的磁性纳米粒来运载放射性核素。肿瘤的放射免疫治疗过程中，由于使用的相关抗体特异性不高, 靶向性有一定局限、同时大量标记抗体进入骨髓, 造成不应有的损害等缺陷,一些研究人员开始采用具靶向性的磁性纳米粒来运载放射性核素。另外，对于神经干细胞的研究也利用了该方法。神经干细胞是具有多向分化潜能的细胞，植入机体可以分化为多种类型神经细胞，如神经元、少突胶质细胞等。已经用于脑卒中、脊髓损伤、帕金森病的实验及临床研究。但移植进入体内后如何在活体内进行示踪一直是困扰研究者的一个难题，磁性纳米粒子在此领域的应用解决了这一难题。所应用的氧化铁纳米粒子具有优异的顺磁性质，每毫升组织培养基中有1 ug即可以引起足够强度的MRI信号的改变。[3]
2、细胞分离和免疫分析：
细胞分离是磁性颗粒与高分子复合微球作为不容性载体，在其表面接枝具有生物活性的吸附剂或其他配体等活性物质，利用它们与特定细胞的特异性结合，在外加磁场作用下将细胞分离、分类并研究。[10] 磁性粒子用于细胞分离需要考虑以下几个因素：不与非特定细胞结合、具有灵敏的磁响应性、在细胞分离介质中不凝结。[1]
免疫分析在现代生物分析技术中是一种重要的方法，它对蛋白质、抗原、抗体及细胞的定量分析发挥着巨大的作用。在免疫检测中。经常利用一些具有特殊物理化学性质的标记物如放射性同位素、酶、胶体金和有机荧光染料分子等对抗体或抗原)进行偶联标记。在抗体与抗原识别后．通过对标记物的定性和定量检测而达到对抗原或抗体检测的目的。由于磁性纳米颗粒性能稳定，较易制备，可与多种分子复合使粒子表面功能化，如果磁性颗粒表面引接具有生物活性的专一性抗体，在外加磁场的作用下，利用抗体和细胞的特异性结合，就可以得到免疫磁性颗粒，利用它们可快速有效地将细胞分离或进行免疫分析。具有特异性高、
分离快、重现性好等特点，同时磁性纳米颗粒具有超顺磁性，为样品的分离、富集和提纯提供了很大方便，因而磁性纳米颗粒在细胞分离和免疫检测方面受到了广泛关注。[1]
3、磁性纳米颗粒对蛋白酶的吸附及固定化
生物高分子例如酶等都具有很多官能团。可以通过物理吸附、交联、共价偶合等方式将他们固定在磁性颗粒的表面。用磁性纳米颗粒固定化酶的优点是：易于将酶与底物和产物分离；可提高酶的生物相容性和免疫活性；提高酶的稳定性，且操作简单、成本较低。作为酶的固定化载体，磁性高分子颗粒有利于固定化酶从反应体系中分离和回收，还可以利用外部磁场控制磁性材料固定化酶的运动和方向，从而代替传统的机械搅拌方式，提高固定化酶的催化效率。磁性高分子颗粒作为酶的固定化载体还具有以下优点：固定化酶可重复使用，降低成本；可以提高酶的稳定性，改善酶的生物相容性、免疫活性、亲疏水性；分离及回收酶的操作简单，适合大规模连续化操作。[1]
4、 磁性纳米粒子在医学检测与诊断中的应用
磁性纳米粒经一些化合物或生物物质表面修饰后很容易吸附在生物组织如癌、肿瘤部位, 在磁场帮助下可定位进行精确观测，同时在放射线下又具有不透过性(在放射呈像时显示为阴影)，所以完全可以作为X-射线和核磁共振的造影剂。
[8]
5、基因治疗：
基因治疗是将遗传物质导入细胞或组织,进行疾病的治疗。基因导入的方法有病毒载体和非病毒载体。病毒载体存在制备困难,装载外源DNA大小有限制,能诱导宿主免疫反应及潜在的致瘤性等缺点。多价阳离子聚合物,如目前广泛应用的脂质体,具有病毒载体的优点,而没有病毒载体的缺点。但是聚合物的颗粒大小是影响转染效率的因素之一。目前要控制阳离子聚合物大小的合成方法还不很成熟,且阳离子聚合物的细胞毒性是影响转染的突出问题。磁性四氧化三铁生物纳米颗粒的制作简单,直径可达10 nm 以下,具有比表面积效应和磁效应。在纳米颗粒的表面可吸附大量DNA。在外加磁场的作用下,可具有靶向性。且四氧化三铁的晶体对细胞无毒。为达到生物相容性,在磁性四氧化三铁的晶体表面可很容易地包埋生物高分子,如多聚糖,蛋白质等形成核壳式结构。因此磁性生物纳米颗粒可成为较好的基因载体。[11]
二、利用磁性纳米材料可以被磁场引导的特点：
1、肿瘤的栓塞治疗：
血管栓塞术已广泛应用于临床肿瘤的治疗, 尤其用于晚期肝、肾恶性肿瘤的治疗。磁性微纳米球栓塞技术是采用微纳米磁性颗粒做栓塞剂, 在磁场的引导下有利于靶向进入病灶部位并滞留于末梢血管床而不再通过其它通路进入静脉循环引起栓塞失败或异位栓塞。[8]
2、磁性纳米粒子在组织工程方面的应用
自发现磁性纳米微粒标记的细胞可以被磁铁引导后,Ito 等就提出了一种新的采用磁场和磁性纳米粒并利用两者间的磁力作用引导下的组织工程方法。这些实验说明基于磁粒和磁场作用引导的组织工程将是解决器官移植所引发的众多问题的极有希望的手段之一。[8]
三、磁性纳米颗粒与外加磁场之间能够相互作用：
根据所查文献，该特点的应用主要是肿瘤的热疗。肿瘤热疗是肿瘤治疗技术中的一个非常重要的方法。磁粒用于肿瘤热疗(磁致热疗)治疗癌症是因为磁粒在
磁场的引导下, 可靶向病变部位, 同时交变磁场的作用下,磁滞后效应而产生热量将富有磁粒的肿瘤部位加热到43～48℃之间,选择性杀死癌细胞同时又不伤害正常细胞。
存在问题: 磁性纳米生物材料在生物医学领域已表现出独特的优势,具有潜在的应用前景。目前大多数研究还处于动物实验阶段,还需大量临床试验予以证明。目前磁性纳米材料仍存在诸多问题:
① 纳米微粒粒径的控制与其磁性强度弱的问题；
② 磁纳米微粒与化合物或生物分子结合的问题；
③ 精确的靶向定位问题；
④ 所摄载的药物、放射性核素等作用分子的摄载率及其释放行为；
⑤ 外加磁场对深层部位的纳米粒的磁控行为；
⑥ 高成本, 生产步骤复杂的问题； [8]
⑦ 生物相容性问题还需要深入研究。
发展前景和方向：
磁性纳米材料在生物医学领域已表现出独特的优势，具有潜在的应用前景。随着高分子材料学、电磁学、医学、生物工程学的进一步发展，必将加速推动对磁性纳米材料的基础研究和在生物医学领域应用研究工作，使之进入一个新的发展阶段。[1]
① 强磁性纳米微球粒径的控制[11]：
磁性纳米颗粒的特性与颗粒的尺寸、颗粒尺寸的分布、颗粒的形状和晶体结构密切相关。因而需要深入研究这些因素与磁性纳米颗粒性能（尤其是磁学性能)的关系，以便找到最佳的合成工艺,最终达到对材料性能剪裁的目的。从热力学和动力学两方面深入探索纳米尺度范围内材料合成机理对磁性纳米颗粒的尺寸、形状和晶体结构的影响，发展和完善单分散磁性纳米颗粒的制备方法。[1] ② 降低成本,简化生产步骤,以期大规模临床应用：
目前的磁性纳米材料在生物医学领域的应用研究才刚刚起步，但随着磁性纳米材料的产业化和商业化的推进，如何大批量的生产质量可靠稳定的磁性纳米材料，如何在生产过程中简化生产步骤，降低成本，以期大规模临床应用成为一个问题。[1]
③ 进一步拓宽磁性纳米材料在生物医学领域方面研究[11]:
着重研究生物大分子在磁性纳米颗粒的组装结合机理，以提高组装的结合力和结合量，发展面向不同应用要求的组装形式和组装方法；深入分析生物大分子在磁性纳米颗粒载体上组装后对其生物功能的影响，进一步研究磁性纳米颗粒及生物高分子组装体中无机成分和有机成分对磁性的贡献以及无机成分与有机成分的磁相互作用，以期将功能设计与组装方法有机地结合起来。[1]
④ 增强磁性纳米微球的磁性[11]：
⑤ 纳米生物技术及相关学科的交叉和发展：
比如：利用磁性纳米材料进行癌症治疗的临床应用仍处于起步阶段，还面临着交变磁场的选择、靶向热疗及药物控释中的温度控制等问题，这需要多个学科的相互渗透和共同努力。相信随着纳米生物技术及相关学科的交叉和发展，磁性纳米材料在癌症的诊疗中将发挥重要的作用。应用高梯度磁性分离原理可以拓宽
磁性药物靶向治疗的应用范围，有望突破目前磁场强度和梯度的限制，使磁靶向治疗同样适用于深部肿瘤和转移性恶性肿瘤。[4]