超声驱动合成铋-氧化铁纳米复合材料构建高效双模态成像平台及其生物医学应用研究

本研究针对传统造影剂特异性不足、毒性残留等问题，通过超声辅助绿色合成法开发了Sumac稳定的Bi-Fe3 O4 核壳纳米复合材料。该材料兼具超顺磁性（92 emu/g）和高X射线衰减性能（399 HU），在MRI（r2 =273 mM-1 s-1 ）和CT成像中表现优异，细胞实验证实其生物相容性，为精准诊疗提供了新型双模态造影剂。

　　

在医学影像诊断领域，磁共振成像(MRI)和计算机断层扫描(CT)是两大核心技术，但现有造影剂存在明显局限：碘基CT造影剂易引发过敏且循环时间短，钆基MRI造影剂存在肾源性纤维化风险，而金基复合纳米材料成本高昂。更关键的是，单一模态造影剂难以同时满足软组织高分辨率成像和骨结构显影的需求。如何开发兼具高生物安全性、优异成像性能和成本效益的双模态造影剂，成为突破精准医疗瓶颈的关键问题。

马来西亚的研究团队创新性地将目光投向铋(Bi)与四氧化三铁(Fe₃
O₄
)的纳米复合体系。铋作为原子序数最高的非放射性元素，其X射线质量衰减系数是碘的1.7倍，且生物毒性显著低于其他重金属；而超顺磁性Fe₃
O₄
纳米颗粒已被广泛用作T₂
加权MRI阴性造影剂。然而传统方法合成的Bi-Fe₃
O₄
复合材料存在磁饱和强度低(<50 emu/g)、颗粒团聚严重等问题。

研究团队采用超声辅助绿色合成技术，以漆树(Sumac)提取物为稳定剂，在10分钟内高效制备出核壳结构的Bi-Fe₃
O₄
纳米复合材料。通过HR-TEM证实其具有17.5 nm的平均粒径和清晰的晶格条纹(Fe₃
O₄
的311晶面间距0.28 nm，Bi的101晶面间距0.36 nm)。EDX映射显示Bi元素均匀分布在Fe₃
O₄
表面，形成致密包覆层。

关键技术包括：(1)超声化学法利用空化效应实现Bi在Fe₃
O₄
表面的快速沉积；(2)Sumac提取物中的多酚类物质同时作为还原剂和稳定剂；(3)动态光散射(DLS)和振动样品磁强计(VSM)分别表征胶体稳定性和磁性能；(4)采用HEK-293和THLE-2细胞系评估生物相容性；(5)通过琼脂凝胶体模进行MRI/CT成像性能测试。

【材料表征】XRD图谱显示复合材料同时存在Fe₃
O₄
的立方相特征峰(2θ=35.64°)和Bi的菱方相衍射峰(2θ=27.13°)。VSM测试表明，尽管Bi壳层降低了饱和磁化强度，但复合材料的Ms仍达92 emu/g，显著高于体相Fe₃
O₄
(86 emu/g)。

【生物相容性】MTT实验显示，即使在280 μg Fe/mL的高浓度下，THLE-2肝细胞和HEK-293肾细胞的存活率仍保持85%以上。普鲁士蓝染色和流式细胞术证实纳米颗粒通过内吞作用进入细胞，且摄取量与浓度呈正相关。

【成像性能】MRI体模实验测得横向弛豫率r₂
=273.1 mM^-1
s^-1
，是临床用钆剂的5倍；CT值达399 HU(5 mg Bi/mL)，相当于同等浓度碘剂的3倍。这种协同增强效应源于Bi的高原子序数(Z=83)和Fe₃
O₄
的超顺磁性。

该研究通过绿色合成策略解决了传统双模态造影剂的三大痛点：(1)超声法将反应时间从24小时缩短至10分钟；(2)Sumac替代合成聚合物使zeta电位达-44.3 mV，显著提升胶体稳定性；(3)核壳结构设计在保持高磁响应的同时实现优异X射线衰减。论文发表于《Journal of Science: Advanced Materials and Devices》，为开发下一代诊疗一体化纳米平台提供了重要范式。特别值得注意的是，该材料的弛豫效率(273 mM^-1
s^-1
)远超既往报道的Bi-Fe₃
O₄
复合材料(最高175 mM^-1
s^-1
)，这归因于超声处理形成的更均匀的壳层结构。未来研究可进一步探索其在磁热疗-光热联合治疗中的应用潜力。