梯度磁场下硅油基磁流体光学特性的实验研究

龚雁，陆樟献，王正才，胡启迪

近几年来，纳米磁性液体[1]在生物医学领域中得到了应用并推广，其中有磁靶向给药、细胞分离和免疫分析、磁控血管内磁性微球栓塞及医学诊断等，并且成功研制了激光磁艾滋病毒检测仪、抗癌药物磁性载体、磁性药物及细胞磁分离介质材料等[2-6]。尤其是磁性液体在生物医学上的应用研究，是当前交叉学科发展的一个热点领域[7]。本研究制备了一种新型的硅油基Fe3O4磁流体的玻璃体填充物[8]，并将该磁性液体注入兔玻璃体腔中，对视网膜组织病理变化进行了初步研究，未发现组织损伤及毒性反应[9]。硅油基Fe3O4磁流体在巩膜壁内可随磁力线方向移动并聚集。磁流体作为玻璃体腔填充物，对视网膜起到压力作用的是磁流体中的磁性颗粒，而硅油主要起到一个载体的作用。测得硅油基 Fe3O4磁流体在0～2T磁场作用于模拟眼球内壁的压力符合正常眼压的标准[10]。为了进一步研究硅油基Fe3O4磁流体作为玻璃体填充物治疗视网膜脱离的可能性，本文在玻璃体腔内对磁流体在梯度磁场下表面张力的机制进行了测试，从光学的角度对其作为填充物的可行性进行了研究，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 材料与仪器 材料：FeSO4·6H2O、Fe2(SO4)3·xH2O、NaOH、柠檬酸、月桂酸钠、乙醇均为分析纯；H2SO498%，聚二甲基硅氧烷（Acri.Sil.ol5000）黏度5000CP。仪器：85-2型磁力搅拌器、恒温水浴槽（控温精度 1℃）、FSH-2高速匀浆机、PHS-25A酸度计、振动样品磁强计VSM（0～1 T连续可调）JEM-100CX。

1.2 方法

1.2.1 Fe3O4粉末的制备 将 FeCl2·4H2O、FeCl3和柠檬酸以1∶2∶3摩尔比混合，在磁力搅拌器上搅拌均匀，然后加入2ml NaOH溶液至沉淀，控温在65℃反应1 h后待冷却到室温，去离子水洗至中性，然后进行冷冻干燥。见封三彩图10。

1.2.2 磁流体光学特性的测定方法 本实验采用日本岛津UV2600紫外可见分光光度计和安捷伦Cary 7000通用型分光光度计作为主要测试仪器，测量不同质量百分比浓度的硅油基纳米磁流体在可见光区间内的透射光谱；测量质量百分比浓度 0.5%的硅油基纳米磁流体在外加磁场作用下，在550nm处的吸光度变化曲线。测量步骤：（1）先用精密电子天平（100 g/1 mg）称出石英皿的质量为5.797 g，再加入一定量的纳米磁粉到一定量的硅油，配置出质量百分比浓度分别为0.5%、1.5%和2.5%的硅油基纳米磁流体。由于硅油的黏滞系数很高，所以在水浴中进行搅拌。（2）分别测量3种不同质量百分比浓度的硅油基纳米磁流体的透射光谱。（3）在硅油基纳米磁流体外侧分别放置1种表磁场强度为0.7T的磁铁，测量吸光度随时间变化的情况。

2 结果

硅油基纳米磁流体在可见光的透射率随波长增加而降低，变化近似于线性变化，随着质量百分比浓度的增加光透过率下降，每增加 0.5%质量百分比浓度，光透过率下降12%左右。低质量百分比浓度（如0.5%）的硅油基纳米磁流体的透过率比较好，高达95%；但随着质量百分比浓度的增大，透过率快速下降，质量百分比浓度为 2.5%时透过率仅有40%左右。见封四彩图1。

由于测量点在测试试管的中部，所以在1 h内硅油基纳米磁流体的吸光度几乎没有变化，其后吸光度随着时间的推移而下降。不过在外加梯度磁场作用下表磁场强度为0.7 T的磁铁，4 h后纳米磁粉会聚集到梯度磁场较大的部位，其他地方的质量百分比浓度下降，光透过率达到95%以上。见封四彩图2。

3 讨论

本研究根据光在硅油基纳米磁流体中的传输理论，定量的确定其光学参数是传输理论建立后的一项关键性工作，在光医学诊断和治疗领域中有着很重要的意义和广泛的应用前景。纳米磁粉对可见光是不透光的，但是硅油有着良好的透光效果。光在硅油基纳米磁流体中传播是一个很复杂的过程，其主要特点是它对光波的散射和吸收。对于测量硅油基纳米磁流体光学参数的方法按照测量对象的不同，可归于两类：一类是离体测量，即测量中需要对硅油基纳米磁流体进行体外测量，是一种脱离实际应用环境的测量方法，跟实际的结果会存在一定的差异，但是可以作为比较。另一类在体测量，可实现对硅油基纳米磁流体实时在体测量，这样可更准确获得硅油基纳米磁流体的光学测量，给医学诊断和治疗提供更可靠的数据。因为硅油基纳米磁流体的各种光学参数与视网膜的状态有着很大的联系，因此对硅油基纳米磁流体在体测量的研究更有意义，并且要求为无损光测量。

通过本研究初步解明玻璃体腔内磁流体在梯度磁场诱导下光学变化的特性，随着质量百分比浓度的增加，光透过率有所下降，即随着质量百分比从0.5%增大到 2.5%，透过率下降的幅度达60%，但在梯度磁场作用下纳米磁粉会发生沉淀，从而使硅油基纳米磁流体的光透过率增加，不同质量百分比浓度的硅油基纳米磁流体在沉淀后光透过率接近纯硅油的光透过率。由于硅油基纳米磁性液体的黏性系数比较大，纳米磁粉需要较长的时间进行沉淀。实验中可以通过水浴法提高硅油基纳米磁性液体温度而降低黏性系数，在实际操作中磁粉的沉淀时间将更长，如果加速沉淀速度需要进一步的研究。硅油基纳米磁流体在500～700 nm波长区间内透过率相差不大。从实验结果可知硅油基纳米磁流体在梯度磁场作用下，纳米磁粉会发生定向移动，可以聚集到磁场对应处，其他部位的硅油基纳米磁流体光透过率将恢复正常，接近纯硅油的可见光透过率。因此建立满足正常屈光间质时硅油基磁流体的浓度和梯度磁场之间存在一定的相互关系，通过进一步研究，为玻璃体视网膜疾病的治疗提供新的理论基础。