此研究以發展雙功能超順磁性氧化鐵顯影劑做為主軸，合成並鑑定磁性奈米 微粒顯影劑，檢驗是否符合預期的組裝模式，最後為了證實磁性奈米微粒顯影劑 的實用性，將磁性奈米微粒顯影劑實際做光學造影及核磁共振顯影。選擇顯影劑 的材料方面，主要以無毒性的材料作為顯影劑的核心，在核磁共振影像的顯影劑 材料選擇四氧化三鐵為核心並螯合釓離子錯合物，四氧化三鐵在核磁共振顯影上 有較佳的T2 顯影效果，而釓離子錯合物在核磁共振顯影上有較佳的 T1 顯影效 果，且兩者相對於其他顯影磁性材料較無毒性。光學顯影劑材料部分，利用能夠 直接與NH2鍵結的異硫氰酸鹽羅丹明作為發光源。表面改質部分利用兩性高分 子聚1-十八烯馬來酸酐(PMAO)，改變磁性奈米微粒的表面性質，進一步利用 EDC/NHS 系統與 1,2-雙(2‐氨基乙氧基)乙烷對磁性奈米微粒進行表面官能化，最 後利用EDC/NHS 系統螯合 DTPA/Gd 完成核磁共振雙顯影劑的設計。接著利用 異硫氰酸鹽羅丹明上特有的NCS 基團與 NH2基產生鍵結，完成簡單的光學造影 設計。
Figure4.1 光學及核磁共振雙功能磁性奈米微粒顯影劑組裝示意圖。
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4-1-1 氧化鐵磁性微粒特性分析 一. 反應機制
此合成機制利用熱分解法(Thermal decomposition)來進行氧化鐵磁性微粒的 製備，熱分解法的合成概念在前2-3-4 章節概述過。此實驗利用乙醯丙酮酸鐵 (Iron(III) acetylacetonate)作為有機金屬前驅物，其油胺(Oleylameine)作為界面活 性劑，二芐醚(Benzyl ether)為反應溶劑，反應溫度控制在 110℃使得多餘的水份 能夠去除，並接著反應溫度控制在300℃，使有機金屬前驅物完全分解成單體，
再循序漸進的產生成核反應、長晶反應，最後得到磁性奈米微粒。
Figure4.2 氧化鐵合成示意圖[27]
二. 型態分析
如Figure4.3.(a)(b)所示，樣品溶於己烷之後滴銅網，等至溶劑揮發之後，晶 體沉積於銅網上，在穿透式電子顯微鏡分析之下，以不同倍率擷取其2 維影像，
從電子影像上，可以觀察Fe3O4磁性微粒晶體的尺寸大小約為10nm±1nm，顯示 實驗合成出來的晶體為單一分散，具有尺寸均一性。
(a) (b)
Figure4.3 磁性奈米微粒 TEM 圖(a)(b)
28 Figure4.4(a)，因此需再加入氫氧化鈉水溶液作用將 PMAO 上的環氧基打開，此 時一個環氧基能夠形成兩個羧酸基團(-COOH)的高分子結構型式，成為具有極性
29 NaOH
hexane water
Figure4.5 PMAO 改質結果 4-1-3 雙功能超順磁性氧化鐵顯影劑光學與磁性分析
利用UV-PL 測量其光學性質，用來判斷異硫氰酸鹽羅丹明的 NHS 基團有無 與Fe3O4表面官能基NH2進行鍵結，如Figure4.6 所示，紅線為 UV 光譜圖，可 在555nm 附近發現一微弱吸收峰，並且利用 530nm 為激發光波長，可激發出螢 光放射波長在570nm 附近，量子產率(QY)為 0.68%，並且從峰寬可看出粒徑均 一的性質。
300 400 500 600 700
Wavelength(nm)
Abs intensity (a.u.) PL intensity(a.u.)
Figure4.4(a)氧化鐵包覆 PMAO 示意圖和 (b)PMAO 利用 NaOH 進行開環反應 (b)
Figure4.6(a)氧化鐵顯影劑的吸收光譜與螢光光譜圖 (b)照射紫外光燈前後對照示意圖
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另外在磁性方面，將改質前後之Fe3O4 經由超導量子干涉儀(SQUID)進行 量測，利用其結果的磁滯曲線，說明Fe3O4 磁性微粒在改質前後呈現超順磁性 材料的性質，在298K 的溫度下，並無殘磁力及矯頑磁力的存在，並顯示飽和磁 化率分別為15 emu/g 及 13 emu/g。如 Figure4.7 示。
-10000 0 10000 H(Oe) 間，如Table4.1(a).(b)所示
Figure4.7 氧化鐵經表面改質後的磁力性質
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Table4.1 核磁共振光譜儀在不同濃度下所測得弛緩時間 (I)Gd/Fe=0.3060
Gd(mM) 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.04 T1(ms-1) 2897.2 1637.5 1264.8 1058.7 894.03 765.96 662.26 551.02 T2(ms-1) 807.65 383.534 354.35 199.79 167.19 156.87 135.19 117.46 (II)Gd/Fe=0.8644
Gd(mM) 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.04 T1(ms-1) 2998.3 1197.7 881.336 744.396 607.381 530.381 463.128 372.372 T2(ms-1) 1716.7 62.504 38.0002 30.5212 24.5282 21.1318 18.2174 14.8804 (III)Gd/Fe=4.4646
Gd(mM) 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.04 T1(ms-1) 2757.2 1354.03 1078.97 866.014 756.04 632.513 557.445 438.963 T2(ms-1) 973.99 81.1512 54.0482 40.5319 34.611 28.2668 24.7856 19.6763
將所測得的T1、T2 弛緩時間倒數作為 Y 軸並與 X 軸釓離子(Gd)濃度作圖，
進一步計算線性迴歸，可得斜率值r1(弛緩速率)分別為(I)36.136 mM-1s-1 、(II) 56.135 mM-1s-1、(III)45.779mM-1s-1，而r2(弛緩速率)分別為(I)187.58 mM-1s-1、(II) 1593.6 mM-1s-1、(III) 1187.3mM-1s-1，顯示當Gd/Fe 達到 0.8644 時，即可得到較 佳的r1和r2值，達到較佳的顯影能力。對照於R.O.I(region of interest)影像，如 Figure4.8 示。
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T2
0.00 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.040
[Gd]mM T1
0.00 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.040
[Gd]mM 段時間，利用共軛焦雷射顯微鏡(Confocal Spectral Microscope)觀察顯影劑是否能 經由吞噬或胞飲作用(Endocytosis)到達細胞膜內部，並利用共軛焦雷射顯微鏡 (Confocal Spectral Mocroscope)以波長 341 nm 激發光接收 429-489 nm 及 540 nm-600nm 兩波段的散射光分別辨識出 DAPI 的紅色螢光及 Fe3O4/PMAO-NH2
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(a) (b)
(c) (d)
Top
Bottom (e)
Figure 4.9.(a)藍色螢光標示細胞核位置。(b)多功能奈米粒子之螢光效果。(c)兩種 螢光進行疊圖。(d)為兩種螢光與光學顯微鏡影像進行疊圖。(e)固定 XY 平面，
調整Z 軸之一系列影像。
Fiugre4.9Fe3O4/PMAO-NH2@DTPA-Gd/RBITC 於 Hela 癌細胞經 共軛焦雷射顯微鏡擷取之影像。
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