磁性奈米粒子之製備及其應用於磁性生物探針

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研究生：	吳千惠 Chien-Hui Wu
論文名稱：	磁性奈米粒子之製備及其應用於磁性生物探針 Preparation of Magnetic Nanoparticles and Applications as Magnetic Bio-probes
指導教授：	凌永健 Yong-Chien Ling
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 化學系 Department of Chemistry
論文出版年：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	96
中文關鍵詞：	磁性奈米粒子、超順磁性
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本研究製備表面修飾有去氧核糖核酸(DNA)的超順磁性奈米粒子，可以選擇性的與標的DNA結合，形成二維磁簇團雜合物，再利用高靈敏度的磁性量測，測定磁簇團與一般磁性奈米粒子的磁性差異，以開發利用磁性差異的磁性DNA探針。
製備方法為首先在油相中以高溫熱裂解法合成氧化鐵磁性奈米粒子，透過硫醇分子做表面官能化修飾，以穿透式電子顯微鏡、傅立葉紅外線光譜儀證實修飾後的磁性奈米粒子之粒徑均勻、分散性佳、表面修飾良好。接著將其與錳、鎳、鉛、鋅、銅重金屬元素結合，以感應藕合電漿質譜儀測定回收率，確認粒子表面官能基的活性。最後再利用橋接試劑將兩組相同長度不同序列之單股DNA(ssDNA)固定於磁性粒子表面，形成接有二種ssDNA的磁性核酸探針。
該探針可以選擇性的與互補序列之標的DNA結合，以膠體電泳確認為二維磁簇團雜合物，使用高靈敏度磁性測量儀器-超導量子干涉儀(SQUID)，測定該磁簇團與原先磁性奈米粒子之磁性表現差異，在磁滯曲線測量模式下，由磁飽和量(MS)與殘磁量(MR)可明顯看出兩者之差異，證實本研究所製備之磁性DNA探針，有潛力作為用磁性差異測量DNA的生醫分析工具。

This research prepared superparamagnetic nanoparticles surface modified with single strand DNA, which would selectively bind to target DNA molecules and formed two-dimensional magnetic clusters. Using high sensitivity magnetic measurement, the magnetic difference between the as-formed magnetic clusters and native magnetic nanoparticles was clearly observed, demonstrating the feasibility of using magnetism difference to prepare magnetic DNA probes.
We prepared iron oxides magnetic nanoparticles by high temperature pyrolysis in oil phase. The hot-soup method was subsequently used to accomplish surface modification by thio-functional molecules. TEM and FT-IR were used to verify features of uniform particle size and surface functional group. The functionalized nanoparticles were reacted with Mn、Ni、Pb、Zn and Cu heavy metals for testing surface activities. Good recoveries obtained by ICPMS confirmed the expected surface activities. Two same-length and different-sequence ssDNA were bound to the functionalized nanoparticles using cross-linking reagent to form magnetic DNA probe.
The magnetic DNA probe would selectively bind to target complementary DNA, which was confirmed as magnetic-DNA cluster by PAGE analysis. Hysteresis loop measurements of magnetic-DNA clusters and magnetic nanparticles by SQUID show significant differences in magnetization saturation (MS) and magnetization remanence (MR). The results evidence that the magnetic DNA probe is of potential to detect DNA by magnetism differences in biomedical analysis.

第一章    緒論
  1.1 研究動機與目的 ………………………………………………1
  1.2 奈米材料與奈米技術 …………………………………………2
  1.3 磁性奈米材料的發展簡介 ……………………………………4
    1.3.1 磁性奈米材料在各領域的發展 ………………………4
    1.3.2 磁性奈米粒子在生物醫藥的應用 ……………………5
  1.4 參考文獻………………………………………………………7

第二章    利用油相高溫熱裂解法製備磁性奈米粒子及 其表面官能 化與親水修飾
  2.1 前言……………………………………………………………13
    2.1.1 磁學理論 ………………………………………………13
    2.1.2 磁性奈米粒子的製備方法回顧 ………………………17
    2.1.3 磁性奈米粒子的表面修飾 ……………………………20
  2.2 實驗部份………………………………………………………23
    2.2.1 試藥與儀器 ……………………………………………23
    2.2.2 油相高溫裂解法製備磁性奈米粒子 …………………25
    2.2.3 利用硫醇分子(DMSA)修飾磁性奈米粒子……………25
    2.2.4 特性分析 ………………………………………………26
  2.3 結果與討論…………………………………………………31
    2.3.1 修飾前、磁性奈米粒子特性鑑定……………………31
     2.3.1.1 物性探討………………………………………31
     2.3.1.2 化性探討..…………………………………………34
    2.3.3 磁性奈米粒子表面修飾機構探討……………………39
  2.4 結論……………………………………………………………41
  2.5 參考文獻……………………………………………………42
第三章    DMSA修飾後磁性奈米粒子之表面活性探討
  3.1 前言……………………………………………………………57
    3.1.1 DMSA分子與重金屬之相關性………………………57
    3.1.2官能化磁性奈米粒子與重金屬螯合……………………58
  3.2 實驗部份………………………………………………………59
    3.2.1 試藥、儀器與溶液配製………………………………59
    3.2.2 以DMSA修飾之磁性奈米粒子與重金屬螯合步驟…61
  3.3 結果與討論…………………………………………………62
  3.4 結論……………………………………………………………64
  3.5 參考文獻………………………………………………………65

第四章    官能化磁性奈米粒子製備磁性核酸探針
  4.1 前言 …………………………………………………………69
    4.1.1 生物的遺傳因子與變異 ……………………………… 69
    4.1.2 生醫分析在核酸檢測方法之回顧 …………………… 70
    4.1.3 磁性奈米探針在生醫上應用…………………………71
  4.2 實驗部份………………………………………………………73
    4.2.1 試藥與儀器……………………………………………73
    4.2.2 製備maleimide-activated ssDNA complex……………76
    4.2.3 高效能層析色譜(HPLC/UV)分析maleimide-ssDNA………76
    4.2.4 將maleimide-ssDNA固定在磁性奈米粒子表面………77
    4.2.5 以磁性奈米探針進行與標的核酸序列進行雜合反應…77
    4.2.6聚丙烯醯胺凝膠電泳(PAGE)分析磁性奈米探針………78
    4.2.7磁性分析磁性核酸探針雜合物……………………………78
    4.2.8以紫外光吸收法估算核酸固定於磁性粒子表面效率…79
  4.3 結果與討論……………………………………………………81
    4.3.1 高效能層析色譜(HPLC/UV)鍵定maleimide-ssDNA……81
    4.3.2 單股核酸固定於磁性奈米粒子表面效率探討…………82
    4.3.3 聚丙烯醯胺凝膠電泳(PAGE)分析磁性奈米探針………82
    4.3.4 磁性奈米探針雜合物之磁性探討………………………84
  4.4 結論……………………………………………………………87
  4.5參考文獻…………………………………………………………88

第五章  結論與未來展望
  5.1 結論……………………………………………………………95
  5.2 未來展望………………………………………………………96

圖目錄
圖1.1 尺度關係圖………………………………………………………8
圖1.2 表面原子數之比例與粒徑關係…………………………………9
圖1.3 築構塊(building block)形成奈米材料 ………………………9
圖1.4 奈米技術研法……………………………………………………10
圖1.5 奈米技術開發應用領域…………………………………………10
圖1.6 磁固相萃取流程 ………………………………………………11
圖1.7 以磁粒作物質輸送 ……………………………………………11
圖2.1 五種磁性物質的磁矩結構及其磁化率與溫度關係圖 ………44
圖2.2 磁區與磁壁示意圖 ……………………………………………45
圖2.3 磁滯曲線…………………………………………………………45
圖2.4 磁性奈米粒子由水溶液法合成…………………………………46
圖2.5 高溫熱裂解不同有機前驅物合成磁性奈米粒子………………46
圖2.6 X光粉末繞射(PXRD)圖譜 ……………………………………47
圖2.7 高解析穿透式電子顯微鏡(HRTEM)分析結果…………………48
圖2.8 動態光散射 (DLS) 分析DMSA分子修飾後磁性奈米粒子…49
圖2.9 震動樣品磁力計(VSM)鑑定修飾前、後的氧化鐵奈米粒子…49
圖2.10 X光吸收精細結構(Extended X-ray Absorption Fine  structure,EXAFS)模式分析…………………………………………50
圖2.11 不同重量DMSA/MNP相轉移修飾的UV-Vis吸收光譜……51
圖2.12 不同重量DMSA/MNP做相轉移修飾後照片………………51
圖2.13 傅立葉轉換-紅外線(FT-IR)光譜儀分析……………………52
圖2.14 熱重分析結果…………………………………………………53
圖2.15 表2.4中A、B、C、D樣品的硫、氮之比值(S/N)…………54
圖2.16 DMSA分子修飾氧化鐵粒子表面示意圖……………………54
圖3.1 DMSA修飾之磁性奈米粒子與多種重金屬螯合實驗流程圖…66
圖4.1 生物的變異 ……………………………………………………90
圖4.2 高效能層析色譜(HPLC/UV)分析………………………………91
圖4.3 PAGE分析MNP-DNA complex…………………………………92
圖4.4 PAGE分析MNP+ M1+M2+P1 (無SMCC)…………………………92
圖4.5 SQUID分析MNPs、DMSA-MNPs及MNPs-DNA complex…………93

表目錄
表1.1 奈米晶表面原子數與表面能量評估…………………………12
表2.1 常用磁參數與單位之換算……………………………………55
表2.2 磁性材料型態、製備方法及其應用領域……………………56
表2.3 由PXRD結果經Scherrer Formula估算氧化鐵粒徑大小……55
表2.4 元素分析不同DMSA量對應相同MNPs做相轉移修飾……55
表2.5 感應耦合電漿原子發射光譜分析儀(ICP-AES)進行Fe元素的濃 度測量不同重量DMSA/MNPs修飾結果……………………55
表3.1 DMSA四個官能基的酸解離常數………………………………67
表3.2 ICP/MS分析DMSA-MNP螯合多種重金屬回收率總整理…67
表3.3 ICP/MS分析DMSA-MNP螯合多種重金屬之濃度…………68
表4.1 MNPs單位表面積的ssDNA數量計算………………………94

                                

第一章
1. Sidransky, D. Nat. Rev. Cancer, 2002, 2, 210-219
2. Ferrari, M. Nat. Rev. Cancer, 2005, 5, 161-171
3.馬振基, 奈米材料科技原理與應用；全華出版社: 2004
4. Tartaj, P.; Morales, M. D.; Veintemillas-Verdaguer, S.; Gonzalez-Carreno T.; Serna, C. J., J. Phys. D-Appl. Phys. 2003, 36, R182-R197
5. 伊邦躍, 奈米時代, 五南出版社: 2002
6. 張立德, 奈米材料；五南出版社: 2003
7. http://www.sustainpack.com/nanotechnology.html
8. 陳東煌, 磁性奈米載體在在生物觸媒與生化分離之應用, 國立成功大學化學工程研究所博士論文, 2002
9. 工研技術研究院http://www.ntrc.itri.org.tw/eng/about/overview.jsp
10. O'Grady, J. Phys. D-Appl. Phys., 2003, 36, editotial
11. Pankhurst, Q. A.; Connolly, J.; Jones, S. K.; Dobson, J. J. Phys., D-Appl. Phys., 2003, 36, R167-R181
12. Andra, W.; d'Ambly, C. G.; Hergt, R.; Hilger, I.; Kaiser, W. A. J. Magn. Magn. Mater., 1999, 194, 197-203
13. Jordan, A.; Scholz, R.; Wust, P.; Fahling, H.;Felix, R. J. Magn. Magn. Mater., 1999, 201, 413-419
14. Goodwin, S.; Peterson, C.; Hoh, C.; Bittner, C. J. Magn. Magn. Mater., 1999, 194, 132-139
15. Coroiu, I. J. Magn. Magn. Mater., 1999, 201, 449-452
16. Bulte, J. W. M.; Kraitchman, D. L. Curr. Pharm. Biotechnol., 2004, 5, 567-584

第二章
1. 宛德福,馬興隆,磁性物理學, 電子科技大學出版社, 1994
2. 金重勳, 磁性技術手冊, 中華民國磁性技術協會, 2002
3. 周雄, 孫士傑, 鐵磁La0.67Ca0.33MnO3-反鐵磁La0.67Sr1.33MnO4多層膜之成長, 國立中山大學物理所碩士論文, 2004
4. 陳東煌, 磁性奈米載體在生物觸媒與生化分離之應用, 國立成功大學化學工程研究所博士論文, 2002
5. http://www.aacg.bham.ac.uk/magnetic_materials/units.htm
6. Tartaj, P.; Morales, M. D.; Veintemillas-Verdaguer, S.; Gonzalez-Carreno T.; Serna, C. J. J. Phys. D-Appl. Phys., 2003, 36, R182-R197
7. Batlle, X.; Labarta, A. J. Phys. D: Apply. Phys., 2002, 35, R15
8. Sugimoto, T.; Matijevic, E. J. Colloid Interface Sci., 1980, 74, 227-243
9. Jolivet, J. P. Metal Oxide Chemistry and Synthesis: From Solutions to Solid State; Wiley Press: New York, 2000
10. Rockenberger, J.; Scher, E. C.; Alivisatos, A. P. J. Am. Chem. Soc.,1999, 121, 11595-11596
11. Sun, S. H.; Zeng, H. J. Am. Chem. Soc., 2000, 124, 8204-8205
12. Berry, C. C. J. Mater. Chem., 2005, 15, 543-547
13. Sun, S. H.; Zeng, H.; Robinson, D. B.; Raoux, S.; Rice, P. M.; Wang, S. X.; Li, G. X. J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 273-279
14. Hyeon, T.; Lee, S. S.; Park, J.; Chung, Y.; Bin Na, H. J. Am. Chem. Soc., 2001, 123,12798-12801
15. Pankhurst, Q. A.; Connolly, J.; Jones, S. K.; Dobson, J. J. Phys. D-Appl. Phys., 2003, 36, R167-R181
16. Chen, C. T.; Chen, Y. C. Anal. Chem., 2005, 77, 5912-5919
17. Song, H. T.; Choi, J. S.; Huh, Y. M.; Kim, S.; Jun, Y. W.; Suh, J. S.; Cheon, J. J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 9992-9993
18. Jun, Y. W.; Huh, Y. M.; Choi, J. S.; Lee, J. H.; Song, H. T.; Kim, S.; Yoon, S.; Kim, K. S.; Shin, J. S.; Suh, J. S.; Cheon, J. J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 5732-5733
19. Pieter, B. R.; Williams, R. A.; Webb, C. Colloid and surface engineering: Applications in the Progress Industries, Oxford: Butterworth-Heinemann, pp248-268, 1992
20. 蘇志杰, 奈米機械技術專輯: 奈米粉體粒徑檢測方法簡介, 機械工業雜誌 255期, 131-139, 2004
21. Fauconnier, N.; Pons, J. N.; Roger, J.; Bee, A. J. Colloid Interface Sci., 1997, 194, 427-433

22. Roger, J.; Pons, J. N.; Massart, R.; Halbreich, A.; Bacri, J. C. Eur. Phys. J.-Appl. Phys., 1999, 5, 321-325

第三章
1. http://www.pcc.vghtpe.gov.tw/old/docms/50112.htm
2. Crisponi, G.; Cristiani, F.; Nurchi, V. M.; Pinna, R.; Pivetta, T.; Estevez, M. J. T. Polyhedron, 2000, 19, 2435-2440

第四章
1. 張惟杰, 吳敏, 劉曼西, 生命科學概論, 九州圖書, 2001
2. Nam, J. M.; Stoeva, S. I.; Mirkin, C. A. J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 5932-5933
3. Cerruti, M. G.; Sauthier, M.; Leonard, D.; Liu, D.; Duscher, G. ; Feldheim, D. L.; Franzen, S. Anal. Chem., 2006, 78, 3281-3288
4. He, L.; Musick, M. D.; Nicewarner, S. R.; Salinas, F. G.; Benkovic, S. J.; Natan, M. J.; Keating, C. D. J. Am. Chem. Soc., 2000, 122, 9071-9077
5. Storhoff, J. J.; Marla, S. S.; Bao, P.; Hagenow, S.; Mehta, H.; Lucas, A.; Garimella, V. ; Patno, T. ; Buckingham, W. ; Cork, W.; Muller, U. R. Biosens. Bioelectron. 2004, 19, 875-883
6. Ho, Y. P.; Kung, M. C.; Yang, S.; Wang, T. H. Nano Lett., 2005, 5, 1693-1697
7. Peng, H.; Zhang, L. J.; Kjallman, T. H. M.; Soeller, C.; Travas-Sejdic, J. J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 3048-3049
8. Nam, J. M.; Thaxton, C. S.; Mirkin, C. A. Science, 2003, 301, 1884-1886
9. Bulte, J. W. M.; Kraitchman, D. L. NMR Biomed., 2004, 17, 484-499
10. Safarik, I.; Safarikova, M. J. Chromatogr. B, 1999, 722, 35-53
11. Kotitz, R.; Weitschies, W.; Trahms, L.; Brewer, W.; Semmler, W. J. Magn. Magn. Mater., 1999, 194, 62-68
12. Fisher, P. J.; Springett, M. J.; Dietz, A. B.; Bulur, P. A.; Vuk-Pavlovic, S. J. Immunol. Methods, 2002, 262, 95-101

13. Horng, H. E.. Yang, S. Y. ; Huang, Y. W.; Jiang, W. Q.; Hong, C. Y. ; Yang, H. C. IEEE Trans. Appl. Supercond., 2005, 15, 668-671
14. 楊謝樂, 物理雙月刊 28卷四期, 中華民國物理學會, 2006年8月
15. Gilar, M.; Fountain, K. J.; Budman, Y.; Neue, U. D.; Yardley, K. R.; Rainville, P. D.; Russell, R. J.; Gebler, J. C. J. Chromatogr. A, 2002, 958, 167-182
16. Gelhaus, S. L.; LaCourse, W. R. J. Chromatogr. B, 2005, 820, 157-163
17. Mukadam, M. D.; Yusuf, S. M.; Sharma, P.; Kulshreshtha, S. K. J. Magn. Magn. Mater., 2004, 272-76, 1401-1403

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