羧基化Fe3O4磁性纳米颗粒（100nm），Fe3O4-COOH磁性纳米颗粒（100nm），氨基化Fe3O4磁性纳米颗粒

Fe3O4 磁性纳米颗粒（Magnetite nanoparticles, MNPs）是一类常用的磁性功能材料，直径可控，通常在 10–200 nm 范围内。100 nm 尺寸的 Fe3O4 纳米颗粒在磁响应、比表面积和表面可修饰性方面具有良好平衡。

为了实现生物和化学功能化，Fe3O4 纳米颗粒常通过表面修饰引入活性基团。常见修饰方式包括：

羧基化（Fe3O4-COOH）

通过硅烷偶联剂（如羧基硅烷）或聚合物（如聚乙烯醇、聚丙烯酸）在 Fe3O4 表面引入羧基（–COOH）。

羧基提供亲水性和化学反应活性，可与氨基、酯类或 NHS 酯染料形成共价键。

氨基化（Fe3O4-NH2）

通过氨基硅烷（如 APTES）或聚乙烯亚胺修饰，引入表面氨基（–NH2）。

氨基可用于与羧基、醛基或活性酯进行共价偶联，便于蛋白质、抗体或药物修饰。

表面官能化不仅增加颗粒在水体系的稳定性，还赋予其特异性化学反应能力，使 Fe3O4 纳米颗粒在生物医学、环境及催化领域具有广泛应用。

2. 表面修饰特点

2.1 羧基化 Fe3O4（Fe3O4-COOH）

羧基活性

羧基末端可通过 EDC/NHS 激活，与胺基分子形成酰胺键。

可实现蛋白质、多肽、糖类或荧光染料的共价偶联。

水溶性与稳定性

表面羧基提高颗粒在水性体系中的分散性，减少颗粒聚集。

颗粒表面带负电荷（–COO⁻），在中性或弱碱条件下通过静电排斥维持稳定分散。

可控尺寸与比表面积

表面修饰不会显著改变核心 Fe3O4 颗粒的磁学性质。

100 nm 颗粒比表面积较大，可提供足够偶联位点，兼顾磁响应和功能化能力。

2.2 氨基化 Fe3O4（Fe3O4-NH2）

氨基活性

表面氨基可通过醛基、羧基活化物或异氰酸酯实现共价偶联。

适用于与蛋白、抗体或药物形成稳定酰胺或脲键连接。

电荷与分散性

氨基在弱酸条件下呈正电荷，可通过静电排斥提高水相稳定性。

颗粒表面氨基数量和密度可调，控制偶联效率和表面电荷。

3. 主要应用

Fe3O4-COOH 和 Fe3O4-NH2 纳米颗粒凭借磁性核心和表面可修饰性，在科研与应用领域具有多种用途：

3.1 生物分子载体与药物递送

靶向药物递送

表面羧基或氨基可与药物分子共价偶联或通过物理吸附负载。

磁性核心可在外加磁场下实现靶向聚集，提高局部药物浓度。

100 nm 尺寸有利于体内循环及细胞摄取。

蛋白质与抗体修饰

Fe3O4-COOH 可通过 NHS 酯偶联蛋白，形成稳定复合物。

Fe3O4-NH2 可通过醛基偶联抗体，实现磁性免疫分析（magnetic immunoassay）。

基因递送载体

氨基化颗粒可与带负电荷的核酸通过静电作用结合，实现基因递送。

磁场辅助可增强细胞内摄取效率（磁转染）。

3.2 磁性分离与纯化

生物样品分离

表面羧基或氨基可通过共价或非共价方式结合目标蛋白、核酸或细胞。

外加磁场即可快速分离目标分子，提高实验效率。

环境污染物去除

可偶联配体捕获重金属离子、有机染料或环境污染物。

磁性核心便于快速回收再利用，减少处理难度。

磁性微柱与免疫分离

适用于磁性微柱柱床，实现高通量蛋白或抗体纯化。

氨基化颗粒易偶联抗体，提高选择性。

3.3 分析与成像应用

磁共振成像（MRI）对比剂

Fe3O4 纳米颗粒为 T2 加权 MRI 对比剂，增强成像对比度。

羧基化或氨基化可进一步修饰靶向分子，实现特异性成像。

荧光或放射性标记

表面羧基或氨基可偶联荧光染料（如 Cy5, Cy7）或放射性同位素，实现多模态成像。

3.4 催化与化学功能化

Fe3O4-COOH 表面可负载金属或酶催化剂，实现磁性可回收催化体系。

表面修饰提供分子锚点，提高催化剂稳定性和分散性。

4. 特性优势

磁响应性

核心 Fe3O4 保持高磁响应性，可快速在外加磁场下分离。

表面功能多样化

羧基和氨基提供多种偶联策略，适应不同实验需求。

尺寸可控性

100 nm 颗粒兼顾分散性、细胞摄取和磁响应，适合生物医学应用。

生物相容性

修饰后的颗粒在常规生物体系中稳定、毒性低，可用于体外和体内实验。

5. 总结

羧基化（Fe3O4-COOH）和氨基化（Fe3O4-NH2）磁性纳米颗粒是一类功能化、多用途的纳米材料。表面羧基或氨基不仅提高水溶性和分散性，还为蛋白质、抗体、核酸、药物及荧光染料偶联提供稳定位点。其主要应用包括靶向药物递送、磁性分离与纯化、基因载体、磁共振成像以及可回收催化体系。磁性核心结合表面功能化，使 100 nm Fe3O4 纳米颗粒成为生物医学研究、环境处理和纳米技术中不可或缺的多功能材料。