氧化石墨烯对 CoFe2O4 和 MnFe2O4 铁氧体的磁性与超热疗性能的影响

用微小磁体为肿瘤升温

临床医生早已知道，温和地升高肿瘤温度可以增强化疗和放疗等其他治疗的效果。本研究探讨了一种来自体内的新加热方式：利用微小的磁性颗粒发热。研究者通过比较两种粒子并将其与超薄碳片混合，寻找在便于递送和控制的同时能高效为肿瘤加热的材料。

为何磁热有助于癌症治疗

与从体外照射微波或光不同，磁性超热疗依赖于置于交变磁场中的纳米粒子升温。如果将这些颗粒注入肿瘤附近，外部可开启磁场使颗粒像微型加热器一样工作，将局部温度提高几摄氏度。挑战在于设计能在对患者安全的场强和频率下产生足够热量的粒子，同时在体液中保持良好分散并尽量降低毒性。

两种磁性材料的比较

团队集中研究了两种铁基化合物：锰铁氧体（MnFe2O4）和钴铁氧体（CoFe2O4）。两者都是微小磁体，但行为差异明显。锰铁氧体属于“软”磁体，其内部磁化较易翻转；钴铁氧体则为“硬”磁体，磁化被强烈锁定。纳米粒子通过水热法合成，并用X射线衍射和电子显微镜检查其结构、形状和尺寸。MnFe2O4 粒子多为约20–30纳米的立方体和长方体，而 CoFe2O4 粒子较小、更接近球形，约14纳米。

加入氧化石墨烯：助益与阻碍

为改善液体中的稳定性并创造一个可后续修饰药物或靶向分子的表面，研究者将铁氧体纳米粒子锚定在富含含氧基团的平整碳材料——氧化石墨烯片上。成像显示 MnFe2O4 和 CoFe2O4 粒子分散在柔性片材上，而非团聚在一起。光谱学确认复合材料中铁氧体和氧化石墨烯的化学键仍然保持完整。然而，磁性测试表明，加入氧化石墨烯会持续降低样品的整体磁化强度，这是因为非磁性的碳稀释了活性磁性材料的比例并在界面引入了额外缺陷。

颗粒如何实际产生热量

当悬浮液置于类似治疗中使用的交变磁场时，所有样品都会升温，但程度不同。锰铁氧体的比吸收率约为110瓦/克，而钴铁氧体约为70瓦/克。关键在于颗粒对交变场的响应方式。对于 MnFe2O4，单个颗粒内部的磁化既可以发生内部翻转，也允许整个颗粒在液体中发生微小旋转。这两种运动协同发生，并且其时间尺度与所施加场的频率匹配，从而使加热高效。在 CoFe2O4 中，内部磁化由于其强磁锁定而基本被冻结，因此只有在流体中较慢的物理旋转能贡献热量，在所测试条件下效果较差。加入氧化石墨烯会降低两种样品的加热能力，对 MnFe2O4 的影响更显著，因为它降低了磁化并钉扎了一些磁区，阻碍其自由响应。

对未来癌症治疗的意义

这项工作表明，仅仅选择高磁化的粒子并不足以获得用于癌症治疗的强加热效果。内部磁化易于运动的特性（称为磁各向异性）必须调节到使颗粒的响应时间尺度与外加场匹配。在这里测试的条件下，锰铁氧体提供了最佳平衡，是更有前景的候选材料。氧化石墨烯有助于保持颗粒分散并为未来的药物靶向提供可利用的界面，但它也会降低加热强度。未来的设计需要在粒子尺寸、形状、表面涂层和碳支撑之间权衡，以创造可安全、可高效并能精确引导至肿瘤的纳米加热体。

引用: Ramadan, W., Gasser, A., Ramadan, A. et al. The impact of graphene oxide on the magnetic and hyperthermia properties of CoFe₂O₄ and MnFe₂O₄ ferrites. Sci Rep 16, 14736 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51345-w

关键词: 磁性超热疗, 铁氧体纳米粒子, 氧化石墨烯, 癌症治疗, 纳米医学