梯度磁場下硅油基磁流體光學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)研究

龔雁，陸樟獻(xiàn)，王正才，胡啟迪

近幾年來，納米磁性液體[1]在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到了應(yīng)用并推廣，其中有磁靶向給藥、細(xì)胞分離和免疫分析、磁控血管內(nèi)磁性微球栓塞及醫(yī)學(xué)診斷等，并且成功研制了激光磁艾滋病毒檢測儀、抗癌藥物磁性載體、磁性藥物及細(xì)胞磁分離介質(zhì)材料等[2-6]。尤其是磁性液體在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用研究，是當(dāng)前交叉學(xué)科發(fā)展的一個熱點(diǎn)領(lǐng)域[7]。本研究制備了一種新型的硅油基Fe3O4磁流體的玻璃體填充物[8]，并將該磁性液體注入兔玻璃體腔中，對視網(wǎng)膜組織病理變化進(jìn)行了初步研究，未發(fā)現(xiàn)組織損傷及毒性反應(yīng)[9]。硅油基Fe3O4磁流體在鞏膜壁內(nèi)可隨磁力線方向移動并聚集。磁流體作為玻璃體腔填充物，對視網(wǎng)膜起到壓力作用的是磁流體中的磁性顆粒，而硅油主要起到一個載體的作用。測得硅油基 Fe3O4磁流體在0～2T磁場作用于模擬眼球內(nèi)壁的壓力符合正常眼壓的標(biāo)準(zhǔn)[10]。為了進(jìn)一步研究硅油基Fe3O4磁流體作為玻璃體填充物治療視網(wǎng)膜脫離的可能性，本文在玻璃體腔內(nèi)對磁流體在梯度磁場下表面張力的機(jī)制進(jìn)行了測試，從光學(xué)的角度對其作為填充物的可行性進(jìn)行了研究，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 材料與儀器 材料：FeSO4·6H2O、Fe2(SO4)3·xH2O、NaOH、檸檬酸、月桂酸鈉、乙醇均為分析純；H2SO498%，聚二甲基硅氧烷（Acri.Sil.ol5000）黏度5000CP。儀器：85-2型磁力攪拌器、恒溫水浴槽（控溫精度 1℃）、FSH-2高速勻漿機(jī)、PHS-25A酸度計、振動樣品磁強(qiáng)計VSM（0～1 T連續(xù)可調(diào)）JEM-100CX。

1.2 方法

1.2.1 Fe3O4粉末的制備 將 FeCl2·4H2O、FeCl3和檸檬酸以1∶2∶3摩爾比混合，在磁力攪拌器上攪拌均勻，然后加入2ml NaOH溶液至沉淀，控溫在65℃反應(yīng)1 h后待冷卻到室溫，去離子水洗至中性，然后進(jìn)行冷凍干燥。見封三彩圖10。

1.2.2 磁流體光學(xué)特性的測定方法 本實(shí)驗(yàn)采用日本島津UV2600紫外可見分光光度計和安捷倫Cary 7000通用型分光光度計作為主要測試儀器，測量不同質(zhì)量百分比濃度的硅油基納米磁流體在可見光區(qū)間內(nèi)的透射光譜；測量質(zhì)量百分比濃度 0.5%的硅油基納米磁流體在外加磁場作用下，在550nm處的吸光度變化曲線。測量步驟：（1）先用精密電子天平（100 g/1 mg）稱出石英皿的質(zhì)量為5.797 g，再加入一定量的納米磁粉到一定量的硅油，配置出質(zhì)量百分比濃度分別為0.5%、1.5%和2.5%的硅油基納米磁流體。由于硅油的黏滯系數(shù)很高，所以在水浴中進(jìn)行攪拌。（2）分別測量3種不同質(zhì)量百分比濃度的硅油基納米磁流體的透射光譜。（3）在硅油基納米磁流體外側(cè)分別放置1種表磁場強(qiáng)度為0.7T的磁鐵，測量吸光度隨時間變化的情況。

2 結(jié)果

硅油基納米磁流體在可見光的透射率隨波長增加而降低，變化近似于線性變化，隨著質(zhì)量百分比濃度的增加光透過率下降，每增加 0.5%質(zhì)量百分比濃度，光透過率下降12%左右。低質(zhì)量百分比濃度（如0.5%）的硅油基納米磁流體的透過率比較好，高達(dá)95%；但隨著質(zhì)量百分比濃度的增大，透過率快速下降，質(zhì)量百分比濃度為 2.5%時透過率僅有40%左右。見封四彩圖1。

由于測量點(diǎn)在測試試管的中部，所以在1 h內(nèi)硅油基納米磁流體的吸光度幾乎沒有變化，其后吸光度隨著時間的推移而下降。不過在外加梯度磁場作用下表磁場強(qiáng)度為0.7 T的磁鐵，4 h后納米磁粉會聚集到梯度磁場較大的部位，其他地方的質(zhì)量百分比濃度下降，光透過率達(dá)到95%以上。見封四彩圖2。

3 討論

本研究根據(jù)光在硅油基納米磁流體中的傳輸理論，定量的確定其光學(xué)參數(shù)是傳輸理論建立后的一項(xiàng)關(guān)鍵性工作，在光醫(yī)學(xué)診斷和治療領(lǐng)域中有著很重要的意義和廣泛的應(yīng)用前景。納米磁粉對可見光是不透光的，但是硅油有著良好的透光效果。光在硅油基納米磁流體中傳播是一個很復(fù)雜的過程，其主要特點(diǎn)是它對光波的散射和吸收。對于測量硅油基納米磁流體光學(xué)參數(shù)的方法按照測量對象的不同，可歸于兩類：一類是離體測量，即測量中需要對硅油基納米磁流體進(jìn)行體外測量，是一種脫離實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的測量方法，跟實(shí)際的結(jié)果會存在一定的差異，但是可以作為比較。另一類在體測量，可實(shí)現(xiàn)對硅油基納米磁流體實(shí)時在體測量，這樣可更準(zhǔn)確獲得硅油基納米磁流體的光學(xué)測量，給醫(yī)學(xué)診斷和治療提供更可靠的數(shù)據(jù)。因?yàn)楣栌突{米磁流體的各種光學(xué)參數(shù)與視網(wǎng)膜的狀態(tài)有著很大的聯(lián)系，因此對硅油基納米磁流體在體測量的研究更有意義，并且要求為無損光測量。

通過本研究初步解明玻璃體腔內(nèi)磁流體在梯度磁場誘導(dǎo)下光學(xué)變化的特性，隨著質(zhì)量百分比濃度的增加，光透過率有所下降，即隨著質(zhì)量百分比從0.5%增大到 2.5%，透過率下降的幅度達(dá)60%，但在梯度磁場作用下納米磁粉會發(fā)生沉淀，從而使硅油基納米磁流體的光透過率增加，不同質(zhì)量百分比濃度的硅油基納米磁流體在沉淀后光透過率接近純硅油的光透過率。由于硅油基納米磁性液體的黏性系數(shù)比較大，納米磁粉需要較長的時間進(jìn)行沉淀。實(shí)驗(yàn)中可以通過水浴法提高硅油基納米磁性液體溫度而降低黏性系數(shù)，在實(shí)際操作中磁粉的沉淀時間將更長，如果加速沉淀速度需要進(jìn)一步的研究。硅油基納米磁流體在500～700 nm波長區(qū)間內(nèi)透過率相差不大。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知硅油基納米磁流體在梯度磁場作用下，納米磁粉會發(fā)生定向移動，可以聚集到磁場對應(yīng)處，其他部位的硅油基納米磁流體光透過率將恢復(fù)正常，接近純硅油的可見光透過率。因此建立滿足正常屈光間質(zhì)時硅油基磁流體的濃度和梯度磁場之間存在一定的相互關(guān)系，通過進(jìn)一步研究，為玻璃體視網(wǎng)膜疾病的治療提供新的理論基礎(chǔ)。