镍铁氧体（NiFe₂O₄）是一种典型的尖晶石铁氧体，以其优异的软磁性能、高电阻率和化学稳定性而闻名。

• 软磁性 (Soft Magnetic): 这是NiFe₂O₄最核心的特性。其反式尖晶石结构使其表现出亚铁磁性。与硬磁性的CoFe₂O₄不同，NiFe₂O₄具有低矫顽力和低剩磁，是一种典型的软磁材料。
• 高电阻率与低涡流损耗: 与金属磁性材料（如Fe, Co, Ni）相比，NiFe₂O₄作为一种陶瓷材料，具有极高的电阻率。这一特性使其在高频交变磁场下具有极低的涡流损耗，是制造高频电子元器件（如电感、变压器磁芯）的核心材料。
• 高化学稳定性与硬度: NiFe₂O₄是一种化学性质极其稳定、硬度很高的陶瓷材料。

当NiFe₂O₄的尺寸缩小到纳米尺度时，其磁学性质会发生显著变化，展现出尺寸依赖的特性。

• 超顺磁性 (Superparamagnetism): 这是NiFe₂O₄纳米粒子最重要的纳米效应。当其尺寸缩小到其单磁畴临界尺寸以下时（对于NiFe₂O₄约为20-30 nm），其整体的磁矩可以在热扰动下自由翻转，不再具有剩磁和矫顽力。这种在外加磁场下表现出极高磁化强度，撤去磁场后磁性又完全消失的特性，被称为超顺磁性。

对于NiFe₂O₄纳米粒子，通过掺杂或与其它材料复合是进一步调控其磁学、催化和生物学功能的重要手段。

目标: 将其它二价金属阳离子（如Mn²⁺, Co²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺）引入NiFe₂O₄的晶格中，以取代部分Ni²⁺或Fe³⁺的位置。

• 调控磁性: 掺杂不同的金属离子可以精确地调控合金尖晶石铁氧体的饱和磁化强度、矫顽力和居里温度等磁学性能，以满足不同应用的需求。例如，掺杂Zn可以显著提高饱和磁化强度。

目标: 利用NiFe₂O₄的磁性核，在其表面包覆上功能性的壳层，构建多功能复合纳米颗粒。

• NiFe₂O₄@贵金属 (Au, Pt): 在NiFe₂O₄核表面包覆一层金或铂壳。这样得到的复合结构同时具备了NiFe₂O₄的磁响应性和贵金属的光学/催化特性。
• NiFe₂O₄@SiO₂: 在NiFe₂O₄核表面包覆一层二氧化硅壳。这层SiO₂壳可以：1) 极大地提高其化学稳定性；2) 提供一个化学惰性且易于功能化的表面，用于连接各种生物分子。

镍铁氧体（NiFe₂O₄）纳米颗粒凭借其独特的氧化还原特性、巨大的比表面积和磁性，在催化领域是一种性能优异、应用广泛的催化剂和磁性可回收催化剂载体。

• 电催化析氧反应 (OER): 在碱性电解水技术中，NiFe₂O₄（及其氢氧化物NiFe LDH）是目前性能最好、成本最低的析氧反应（OER）催化剂之一，是替代昂贵的铱和钌的最有希望的候选者。Ni和Fe之间的协同效应被认为是其高活性的根源。
• 多相催化: NiFe₂O₄是多种重要工业催化反应的催化剂或助催化剂，如选择性氧化反应和费托合成。

这是NiFe₂O₄纳米颗粒在催化领域最核心、最广泛的应用。

• 原理: 将昂贵的催化剂（如贵金属、酶）固定在NiFe₂O₄纳米颗粒的表面。
• 核心优势 - 磁性分离: 反应结束后，只需在反应器外部施加一个永磁铁，即可在几秒钟内将负载了催化剂的NiFe₂O₄纳米颗粒从反应液中完全吸附出来，实现催化剂的快速、高效、无损回收和再利用。

超顺磁性镍铁氧体纳米颗粒（NiFe₂O₄ NPs）是生物医学磁学应用的基石，特别是在磁共振成像（MRI）和生物磁分离领域。

这是NiFe₂O₄ NPs最重要的临床应用潜力之一。

• T₂造影剂: NiFe₂O₄ NPs能够极大地缩短其周围水分子的横向弛豫时间（T₂），导致信号强度显著降低，从而在T₂加权图像上产生负性（变暗）的对比度增强效果。
• 优势: 相比于临床上常用的Fe₃O₄造影剂，NiFe₂O₄通常具有更高的饱和磁化强度和r₂弛豫率，因此有潜力成为一种更高灵敏度的T₂造影剂。

这是NiFe₂O₄ NPs在体外诊断（IVD）和生物技术中最广泛的应用。

• 原理: 在NiFe₂O₄ NPs表面修饰上特异性的生物识别分子（如抗体、链霉亲和素）。
• 应用: 将功能化的磁珠加入到复杂的生物样品中，它们会特异性地捕获目标分子（如特定蛋白质、循环肿瘤细胞）。然后，只需用一个磁铁，即可轻松地将结合了目标的磁珠从混合物中分离出来，用于后续的纯化、富集和检测。

镍铁氧体纳米颗粒（NiFe₂O₄ NPs）在治疗领域的核心应用是基于其独特的磁学性质，用于磁感应热疗（磁热疗）和磁靶向药物递送。

这是一种利用磁性纳米颗粒在交变磁场中产热来烧蚀癌细胞的物理治疗方法。

• 原理:
  1. 将超顺磁性的NiFe₂O₄纳米颗粒通过静脉注射，使其在肿瘤部位富集。
  2. 将患者置于一个产生高频交变磁场（AMF）的设备中。
  3. 肿瘤内的NiFe₂O₄纳米颗粒的磁矩会随着外磁场方向的快速变化而发生高速翻转。这种翻转弛豫过程（尼尔弛豫和布朗弛豫）会以热量的形式耗散能量。
  4. 产生的热量使肿瘤局部温度快速升高至42°C以上，从而选择性地、精准地烧蚀癌细胞。
• 优势: NiFe₂O₄纳米颗粒的高饱和磁化强度和可调的磁各向异性，使其成为一种高效的磁热疗试剂。

镍铁氧体纳米粒子（NiFe₂O₄ NPs）的生物安全性是一个需要重点关注的问题，其毒性主要来自于镍离子的释放。

• 核心毒性机制: NiFe₂O₄ NPs对哺乳动物细胞的毒性，主要来自于其在生理环境中（特别是在酸性的溶酶体中）溶解并释放出的镍离子（Ni²⁺）和铁离子。
  • 镍离子 (Ni²⁺): 具有很强的细胞毒性，能够诱导剧烈的氧化应激、DNA损伤、蛋白质变性和细胞凋亡。

• 接触性过敏: 镍是最常见的接触性过敏原之一，可导致严重的接触性皮炎。
• 致癌性: 某些镍化合物已被国际癌症研究机构（IARC）列为1类致癌物（对人类有明确的致癌性）。因此，NiFe₂O₄纳米粒子在生物医学应用中的长期安全性需要极其谨慎的评估。

通过表面工程，在NiFe₂O₄纳米粒子表面包覆一层致密的、生物相容的保护壳（如金、二氧化硅、石墨烯），是隔绝其与生物环境接触、阻止离子释放、从而降低其毒性的最有效策略。

高质量、尺寸均一的NiFe₂O₄纳米粒子的合成方法非常成熟，主要包括共沉淀法、水热法和热分解法。

这是制备水溶性NiFe₂O₄纳米粒子最常用、最简便、成本最低的方法。

• 原理:
  1. 反应体系: 在水溶液中，将二价镍盐（NiCl₂）和三价铁盐（FeCl₃）按照1:2的摩尔比预先混合。
  2. 快速沉淀: 在剧烈搅拌和惰性气氛保护下，快速地向混合盐溶液中滴加一种碱（最常用的是氨水, NH₃·H₂O或NaOH），将pH值快速调至碱性。
  3. 共沉淀: Ni²⁺和Fe³⁺离子会同时被沉淀，并直接生成黑色的NiFe₂O₄纳米粒子。
• 优势: 这种方法极其简单、快速、成本极低、易于大规模生产。但其尺寸分布通常较宽。

将镍和铁的前驱体在水或有机溶剂中，置于高压反应釜内，在一定温度下（通常150-250 °C）加热数小时。这种方法可以获得结晶性更好、形貌更可控的NiFe₂O₄纳米粒子。

这是制备高质量、单分散油溶性NiFe₂O₄纳米粒子的金标准方法。在高温有机溶剂中，通过共热分解有机金属镍前驱体（如Ni(acac)₂）和铁前驱体（如Fe(acac)₃）。

对镍铁氧体纳米粒子（NiFe₂O₄ NPs）的精确表征是评估其磁学和催化性能的关键。对其磁学性质和晶体结构的表征尤为重要。

• 磁滞回线: 使用振动样品磁强计（VSM）或超导量子干涉仪（SQUID）测量样品的磁滞回线，是表征其磁学性能的金标准。
  • 饱和磁化强度 (Ms): 反映了材料的本征磁性强度。
  • 剩磁 (Mr) 和 矫顽力 (Hc): 如果Mr和Hc接近于零，则证明样品具有优异的超顺磁性。
• 磁热性能: 在交变磁场下测量其比吸收率（SAR），是评价其磁热疗性能的最核心参数。

• 形貌与尺寸: 透射电子显微镜 (TEM) 是直接观察NiFe₂O₄ NPs尺寸、形貌和分散性的金标准。
• 晶体结构与物相: X射线衍射 (XRD) 是鉴定NiFe₂O₄晶相的金标准技术。通过对比标准谱图（JCPDS No. 10-0325），可以确认产物是否为纯的尖晶石相NiFe₂O₄。

镍铁氧体纳米粒子的表面工程是其实现所有生物医学应用的决定性步骤。其核心任务是提高其胶体稳定性和引入生物相容性/功能性涂层。

裸露的NiFe₂O₄ NPs在生理环境中容易发生团聚和非特异性吸附。

• 聚合物包覆:
  • 葡聚糖 (Dextran): 是一种生物相容性极好的多糖，可以在NiFe₂O₄表面形成一层亲水的保护层。
  • 聚乙二醇化 (PEGylation): 这是用于生物医学应用最重要的表面修饰。通过化学方法将聚乙二醇（PEG）链连接到NiFe₂O₄ NPs表面。PEG层可以：1) 赋予其优异的生理环境稳定性；2) 有效“屏蔽”其表面，阻止蛋白吸附，躲避免疫系统清除，实现长循环。
• 二氧化硅包覆: 在NiFe₂O₄核表面包覆一层二氧化硅（SiO₂）壳，可以在提供化学保护的同时，赋予其一个易于通过硅烷化学进行功能化的表面。

这是将NiFe₂O₄ NPs与生物系统连接，实现靶向递送和传感的关键。

• 原理: 在其表面的保护层上（如葡聚糖、PEG、SiO₂）预留或引入活性官能团（如-COOH, -NH₂）。利用这些“化学手柄”，通过EDC/NHS化学等偶联反应，将抗体、多肽、核酸适配体等生物识别分子共价地连接上去，从而赋予NiFe₂O₄ NPs主动靶向特定肿瘤细胞的能力。