磁性铁蛋白:一种仿生矿化新材料在地球科学和生物医学中的应用

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中文摘要：磁铁矿不仅是地球环境记录的载体,广泛存在于环境中,而且是一种古老的地质医学应用矿物,在传统中医药学和现在纳米医学中具有广泛的应用.近几十年来的生物地磁学研究发现,具有纳米尺寸的磁铁矿颗粒也广泛分布于生物体内.本研究以基因工程表达的生物矿化蛋白-人H亚基铁蛋白为模板，利用仿生矿化技术合成一种新型的纳米磁铁矿（磁性铁蛋白）。该磁性铁蛋白是一种典型的核-壳型纳米磁性颗粒，每个铁蛋白壳内含有一个单晶磁铁矿颗粒。磁铁矿核的粒度均，形状相似(球形)、分散性好、结晶完美、磁导率和弛豫率高（图1A-D)。研究表明，仿生矿化合成的磁性铁蛋白具有粒径可控、弱磁相互作用和单分散性等特性，是岩石磁学研究的理想材料。综合AC磁化率测量和对热剩磁弛豫测量的模拟结果，确定磁铁矿的尼尔指数前因子值约为(1.3±0.67)×1010Hz。磁性铁蛋白的饱和磁化强度、驰豫率及过氧化物酶活性都随着其磁铁矿核粒径的增大而升高。平均5.3nm的磁性铁蛋白的横向驰豫率高达321mM-1s-1，是一种高灵敏度的磁共振成像（MRI）造影剂，能够实现MRI检测到104细胞/毫升浓度的MDA-MB-231乳腺癌细胞。研究还发现磁性铁蛋白具有广谱的肿瘤靶向性，能够跨越血管内皮细胞、外皮细胞和血脑屏障，分别在实验小鼠体内实现了微小（<1-2mm）乳腺癌、脑瘤和胰腺癌的早期MRI诊断。另外，磁性铁蛋白的过氧化物酶的活性随着粒径增大而升高，可以应用于肿瘤组织的免疫组织化学染色和快速病理诊断。该研究表明，仿生矿化合成的磁性铁蛋白具有独特和优良的材料学特性，为研发新型纳米磁性材料、磁共振造影剂和肿瘤诊断试剂提供了新方法和新思路。

作者：

曹长乾、蔡垚、张同伟、杨彩云、田兰香、朱日祥、潘永信

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作者单位：

中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室,古地磁与年代学实验室,中-法生物矿化与纳米结构联合实验室北京 100029

中国科学院地质与地球物理研究所古地磁与年代学实验室北京 100029

关键词：

生物材料磁性铁蛋白饱和磁化强度驰豫率过氧化物酶活性

主办单位：

中国地球物理学会

中国地质学会

会议名称：

2015年中国地球科学联合学术年会

会议时间：

2015-10-11

会议地点：

北京

会议母体文献：

2015年中国地球科学联合学术年会论文集

页码：

3123-3124

出版时间：

2015