摘要
近幾年來，奈米生物科技領域影響著生物醫學之醫療診斷與發展。現今，我們已經能夠 直接利用原子、分子進行生產和製備出僅包含幾十個到幾百萬個的奈米微粒子。尤其在非金 屬無機材料裡，磁性奈米顆粒 (magnetic nano-particle) 最引人注目，將磁性材料的無毒特性 以及奈米特性的效應，運用到醫療領域上，在技術上已經有很大的突破與貢獻。
一. 緒論
液 泡 (vesicles) 確 切 的 說 就 是 由 雙 性 分 子 所 組 成 的 高 分 子 聚 集 體 (polymolecular assembly) 存在水溶液中，而這就是所謂的微脂粒。是由一個或者更多的閉合殼狀 (shell) 所 組成的，中間具有微小體積可以填入水溶液物質，其形狀大部分都是球狀，尺寸介於 20 nm 和 0.1 mm 之間 [1]。通常把它稱為「單一層狀微胞」(unilamellar vesicle)，是一個中間為水 的密閉層狀結構，這個層狀結構是由雙性分子所組成的，且包含了兩個部份：一端為頭基 (head group) 的親水端排列於膜的兩端與水分子接觸；一端則為兩個長鏈的烷基 (alkyl chain) 所組成的疏水端 [2]，此鏈段為即為脂質雙層 (bilayer) 部分，可以填入疏水性物質。 液 1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phospho- choline (DPPC) 倒進燒瓶，當呈現乳化狀態時，加入 氨水，進行反應後，使用去離子水進行清洗，再予以萃洗。 是另一個關鍵性的課題。本實驗利用化學共沉澱法 (chemical co-precipitation) 製備出的 Fe3O4，
Diameter (nm)
Percentage(%)
0 5 10 15 20 25
9.09.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0
3.1.1 材料之結構鑑定
由圖 3-1 所示，表面未經過修飾之 Fe3O4 的圖樣，圖中 Fe3O4 以球狀群簇的形式緊密 連接在一起，發現有聚集的現象，以長條圖來統計 Fe3O4 粒徑分佈情形及大小，其平均粒徑 大小約為 11 nm 左右。如圖 3-2 所示，但利用生物相容性材料 DPPC 修飾過後的 Fe3O4， 有較佳分散性並且可抑制聚集的發生，粒徑分佈也比較集中，其粒徑大小約在 10 nm 左右，
但還是有少部分粒子接合 (coalescence) 在一起，這可能因為 DPPC 包覆在 Fe3O4 表面不均 勻所造成。
未經修飾 Fe3O4 和經過 DPPC 修飾 Fe3O4 各有六個相同的特徵峰，而未經修飾 Fe3O4
的繞射角度與特徵峰所對應的米勒指數，分別為 2θ(hkl) = 15.11 (220)、17.72 (311)、21.42 (400)、26.31 (422)、27.93 (511) 和 30.47o(400)，這和經過 DPPC 修飾 Fe3O4 所對應繞射角 度並無太大的改變 (2θ稍微往小角度位移約 0.1o)。藉由每各晶面指數與晶面距離帶入 nλ=
2d sin θ。進而計算出實際值與理論值的差異，可以知道本實驗所計算出來的實際值比理論值 小代表所製備出的粒子為奈米結構。且由圖 3-3 可知，在製備 Fe3O4 或修飾的過程中，Fe3O4
只有單一相 (single phase)，並不會有其他二次相的產生。但是因為表面有做修飾，所以每根 峰的強度就會相對跟著減弱 (約為 0.55 倍)，這是由於未修飾 Fe3O4 堆積較緊密，而經過 DPPC 修飾的 Fe3O4 則大部份是被分散開來；若以整體的體積分率來看，DPPC 所佔比例較 大的緣故。
圖 3-1 未經表面修飾之氧化鐵 (Fe3O4) TEM 影像圖
Diameter (nm)
Percentage(%)
0 10 20 30 40
9.0 9.5 10 10.511
圖 3-2 經過 DPPC 修飾之 Fe3O4TEM 影像圖
圖 3-3 XRD 圖樣 (a) 未經表面修飾之 Fe3O4; (b) 經過 DPPC 修飾之 Fe3O4 3.1.2 物性分析
經由上述儀器量測證明所製備的材料結構特性是相當符合所預期的，但是卻沒有足夠的 證據證明，以 DPPC 是否真的被吸附在磁性鐵粉材料表面而進行修飾。接下來利用傅立葉紅 外線光譜儀 (FT-IR)、熱重分析儀 (TGA) 來做物性分析以確定修飾物的存在。
由圖 3-5 中觀察到 Fe3O4子上只有在 400-600 cm-1這區間是為磁性鐵 Fe-O 的特性吸收帶 [4,5]，文獻上也提到 -CH2- 對稱鍵結 (symmetric) 在 1405-1460 cm-1 這個吸收位置內 [4,6]，
而在圖 3-4(a)中，有修飾的磁性奈米鐵的 -CH2- 和 -CH3 對稱吸收帶卻位移至 2878 cm-1 和 2984 cm-1。另外在 969 cm-1 是為 P-O-P，1048 cm-1 則是磷酸官能基旁邊接了烷基鏈 (P-O-Alkyl)， 1218 cm-1 則是磷酸官能基上的氫氧官能基的氫所造成 (O=P－OH)，這三個全 部是 PO43- 的特殊吸收峰的位置，故可以確定磁性粒子表面上確實存在著 DPPC 之修飾層。
另外，在 2386 cm-1之明顯特徵峰，推測可能為環境中之二氧化碳所造成的。在 1620 cm-1和 3350 cm-1也有很明顯的特徵峰，這是 H-O-H 和 O-H 兩種 stretching 的位置所在，這可能是 因為環境中的水份所造成的。
2(degree)
10 15 20 25 30 35
Intensity(a.u.)
0 1000 2000 3000
(a)
(b)
(220) (311) (400) (422) (511) (440)
O
Wavenumber (cm-1)
1000
3-Temperature (oC)
200 400 600 800
Weight(%)
Magnetization(emu/g)
Magnetic field (Oe)
-300 -200 -100 0 100 200 300 emu/g、Mr 為 0.5 emu/g、Hc 為 6.5 Oe、remanent ratio 為 7.6*10-3。有可能是因為粒徑降低，
使得粒子容易呈現亂排的狀態 (randomize) [7]，而促使表面積增加，所以會使得飽和磁化量 下降，至於殘留磁化量、保磁力和殘留比，因為其數值都非常小，所以影響層面並沒有很廣， 懸浮在水溶液中的磁性物質填入微胞內，再利用透析、膠體滲透 (gel permeation) 或者離子交 換管柱層析法 (ion-exchange column chromatography) 將多餘未包覆磁性的微脂粒除去，但是 這種做法很容易堵塞設備，甚至整個製備磁性過程會更耗費時間 [10,11]，且這種方法是在低
Magnetic field (Oe)
-30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000
Magnetization(emu/g)
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80
Magnetic field (Oe)
-300 -200 -100 0 100 200 300
Magnetization(emu/g)
-20 -10 0 10 20
圖 3-7 (a) 未經表面修飾之 Fe3O4 磁滯曲線圖; (b) 未經表面修飾之 Fe3O4 磁滯曲線原點圖
(a)
(b)
圖 3-8 (a) 經過 DPPC 修飾之 Fe3O4 磁滯曲線圖; (b) 經過 DPPC 修飾之 Fe3O4 磁滯曲線原點 圖
3.2.2 磁性分析
以未經過修飾的 Fe3O4 的飽和磁化量為最大，而可以明顯看出以微脂粒包覆磁性物質之 影響最大。從圖 3-10 看到磁性微脂粒的飽和磁化量 (Ms) 只剩下 2.3 emu/ g magnetite。歸咎 其原因，是在層層材料的包覆之下，對於磁矩的擾動有著較大影響，進而會使得磁矩下降。
至於殘留磁化量、保磁力和殘留比，因為其數值都非常的小，所以影響層面並沒有很廣，所 以就不多加探討。
圖 3-9 磁性多層微脂粒之 TEM 圖
Magnetic field (Oe)
-30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000
Magnetization(emu/g)
Magnetic field (Oe)
-300 -200 -100 0 100 200 300
1. H.S. Nalwa, Preparation of Vesicles (Liposomes), Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, 9, 43-79, 2004
2. T. Nakaya, Y. J. Li, Phospholipid polymers-review article, Prog.Poly.Sci., 24, 143-181, 1999 3. C-L. Lin, C-F. Lee, W-Y. Chiu, Preparation and properties of poly(acrylic acid) oligomer stabilized, J.
Colloid Interface Sci., 291, 411-420, 2005
4. J. Giri, S. G. Thakurta, J. Bellare, A.K.Nigam, D. Bahadur, Preparation and characterization of
phospholipids stabilized uniform sized magnetite nanoparticles, J. Magn. Magn. Mater, 293, 62-68, 2005 5. S-Y. Zhao, D. K. Lee, C. W. Kim, H. G. Cha, Y. H. Kim, Y. S. Kang, Synthesis of magnetic
nanoparticles of Fe3O4and CoFe2O4and their surface modification by surfactant adsorption, Bull.
Korean Chem. Soc., 27, 237-242, 2006
6. J. Giri, T. Sriharsha, D. Bahadur, Optimization of parameters for the synthesis nano-sized Co1-xZnxFe2O4, (0 ≤X ≤0.8) by microwave refluxing, J. Mater. Chem.,14, 875-880, 2004
7. S. Wan, J. Huang, H. Yan, K. Liu, Size-controlled preparation of magnetite nanoparticles in the presence of graft copolymers, J. Mater. Chem., 16, 198-303, 2006
8. M. D. Cuyper, M. Joniau, Mechanistic aspects of the adsorption of phospholipids onto lauric acid stabilized Fe3O4nanocolloids, Langmuir,7, 647-652, 1991
9. C. Menager, V. Cabuil, Synthesis of magnetic liposomes, J.Colloid Interf Sci., 169, 251-253, 1995 10. T. Nawroth, M. Rusp, R-P. May, “Magnetic liposomes and entrapping : time-resolved neutron scatting
「微/奈米加工之化工技術應用於癌症治療與檢測」子計畫四—
以酯質修飾之磁性奈米粒子進行癌之熱處理
Lipid Nanomagnetic Particle for Hyperthermia Treatment of Carcinoma-- Subproject 4 of
“Chemical Aspects of Nano and Microfabrication for Cancer Detection and Treatment”