氧化铁纳米颗粒具有良好的生物相容性和优异的弛豫性能，有望取代传统钆剂，成为新一代高效、无毒的磁共振T1造影剂。现有研究指出，将氧化铁纳米颗粒尺寸减小至5nm以下的“极小范畴”可显著增大比表面积并弱化磁性，进而提升T1成像水平。近年来，设计制备5nm以下的“极小”氧化铁纳米颗粒已成为获得高效铁基T1造影剂的必要条件。然而，随着尺寸减小，氧化铁纳米颗粒表面缺陷，尤其是氧空位缺陷变化对T1造影性能的影响变得不可忽视。
在这项研究中，我们通过X射线光电子能谱、拉曼光谱以及电子顺磁共振谱等技术手段测定了不同尺寸的氧化铁纳米颗粒表面氧空位密度，并发现了以下规律：随着颗粒尺寸由13.32 nm降低至4.23 nm，氧空位密度呈现出先升高后降低的趋势，在8.27 nm时出现峰值。结合同步辐射X射线吸收谱和第一性原理的深入分析，我们发现氧化铁纳米颗粒尺寸变化会影响其表面压缩张力以及相变过程，进而导致Fe-O键长和氧空位形成能的变化。磁共振成像结果表明，氧化铁纳米颗粒表面氧空位的存在能够为水分子提供吸附位点，进而提升铁离子与氢质子间的能量传递效率，有利于T1造影。综上所述，氧化铁纳米颗粒T1造影性能随尺寸的变化也暗含了氧空位的影响，这一研究为揭示氧化铁纳米颗粒尺寸与T1造影性能之间的关系提供了新的视角。
目前该论文已发表于《Small Methods》：Xudong Zuo, Xinyu Wang, Guangxiang Si, Dongmei Zhang, Xiaogang Yu, Zhanhang Guo, Ning Gu*,Size-dependent oxygen vacancy of iron oxidenanoparticles. 2024, 2400685. DOI: 10.1002/smtd.202400685.
