近年来，磁性纳米材料以其磁学性质广泛应用于生物医学研究中，磁性纳米粒子可以作为药物载体，通过外加梯度磁场，将药物输送至肿瘤部位，起到靶向治疗的作用。磁性纳米粒子还可以用于磁热疗，将磁性微粒输送至病灶区域，在外加交变磁场的作用下，磁性微粒产生磁热效应从而杀死病变细胞。磁性纳米粒子还可以用作MRI造影剂，如超顺磁性的氧化铁纳米粒子具有较高的弛豫率和低廉的价格，并且有良好的耐受性、生物相容性及稳定性。很多实际应用是基于磁性纳米颗粒的磁学性质，所以磁学特性的精确测量对于磁性纳米颗粒在实际医学中的应用具有重要的意义。
本研究提出了一种基于动力学与图像处理的方法，用来定量表征胶体磁性纳米颗粒基体磁学性质。该方法的原理是计算胶体液体在外加梯度磁场的作用下，其所受磁力与运动之间的关系。使用CMOS相机记录磁性液滴在梯度磁场下的运动过程，通过计算机分析录像中每帧图像，计算出液滴的速度与加速度，从而得到磁性纳米颗粒胶体液滴的磁化强度。实验中分别测量了不同尺寸的γ-Fe2O3与DMSA@Fe2O3磁性纳米胶体液滴的磁矩，结果得出水动力尺寸为598nm的γ-Fe2O3大于水动力尺寸为83nm的DMSA@Fe2O3磁性纳米胶体液滴的总磁矩。证明了当磁场方向与液滴运动方向相同时，磁性粒子间的磁偶和作用会增强其磁化强度。另外，取浓度分别为6mg/ml，3mg/ml，1.5mg/ml，0.75mg/ml的DMSA@Fe2O3磁性纳米胶体，测量了这四种浓度胶体液滴的磁矩，同时使用振动样品磁强计与磁天平对材料的饱和磁化强度与磁化率进行了测量。实验结果表明，相比振动样品磁强计和磁天平方法，本方法的测量值与磁性材料的磁热效应有更好的线性相关性。也就意味着我们的方法更适合于评价胶体磁性纳米材料的集体磁性。
Haiyi Liu, Jianfei Sun*, Haoyao Wang, Peng Wang, Lina Song, Yang Li, Bo Chen, Yu Zhang and Ning Gu*. Quantitative Evaluation of the Total Magnetic Moments of Colloidal Magnetic Nanoparticles: A Kinetics-based Method. ChemPhysChem, 2015, 16(8): 1598-1602. DOI: 10.1002/cphc.201500093.
