磁性纳米颗粒（MNPs）在生物医学领域具有广泛的应用，尤其是通过调控磁学性质等对其在基因药物递送、磁热治疗、体外诊断和磁共振成像等方面的使用至关重要。中国科学院宁波材料技术与工程研究所纳米生物材料团队多年来主要从事MNPs的合成、改性、功能化及其生物医学应用，先后实现了MNPs对肿瘤的精准成像、治疗及治疗可视化(Phys Chem Phys Chem 2012,14,2631-2636;J Mater Chem B 2015,3,5172-5181; ACS Nano 2017,11,10992-11004.)。近期，该团队利用过渡金属掺杂替代策略，在MNPs的磁性调控方面取得新进展。
如何精细控制MNPs的材料晶型、粒径以及元素掺杂等理化特性，对于阐明磁共振成像（MRI）对比剂的信号增强机制，进而实现其临床应用是必须解决的关键问题。研究团队采用过渡金属掺杂的方式，对铁氧体纳米颗粒的磁性进行调控，提出了一种有价值的可调谐纳米磁性的方法。通过可控的溶剂热法合成出ZnxFe3-xO4纳米颗粒，并通过精确调控铁氧体颗粒的粒径（4/7/10nm）与掺杂比（ZnxFe3-xO4，x=0/0.1/0.2/0.3/0.4）来优化新材料的饱和磁化强度（Ms）和晶体结构，同时阐明Zn0.2Fe2.8O4（7 nm）与周围水分子的氢质子交换速率与粒径与元素掺杂比例的关系，最终通过提高其饱和磁化强度从而影响弛豫率（r1/r2）的作用机制，实现了对MRI对比度的精确调控。研究发现：i）Ms是影响T2加权成像的主要因素，更倾向于T2加权成像效应；（ii）在T1加权成像模式下，r2/r1值不是影响T1加权成像效果的主要因素。相关成果发表在Chem. Mater.(2019, 31, 7255-7264.)并申请了发明专利201811510968.3，201910062833.3。
上述相关的系列性工作已申请发明专利12项，已获授权3项，先后获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划“精准医学研究”专项、浙江省重点研发计划和宁波市工业重大专项等项目支持。
图1 ：a）四氧化三铁晶体结构示意；b）锌元素掺杂浓度对饱和磁化强度的影响。