超顺磁颗粒（通常小于20纳米）广泛存在于环境和生物体内，是岩石磁学、环境磁学、生物磁学以及生物矿化和生物医学研究的重要对象。随着表面各向异性能的增强，这些超顺磁颗粒的磁学性质与大颗粒存在显著差异。由成土作用产生的超顺磁颗粒被认为是中国黄土-古土壤序列中磁化率增强的关键原因之一。在信鸽的喙部上皮中，发现大量簇状排列的细小磁铁矿颗粒（2-5纳米），被认为是信鸽的磁受体，密切相关于其地磁导航机制。然而，由于自然样品和人工合成样品的粒径分布宽泛、形状多样，颗粒间磁相互作用复杂，限制了对超顺磁颗粒磁学性质的深入理解及其应用开发。

中国科学院地质与地球物理研究所地球深部结构与过程研究室的生物地磁学团队，利用重组人源铁蛋白作为模板，结合人体内铁蛋白的生物矿化机制，成功仿生合成了一种由蛋白壳包裹的纳米磁性颗粒——磁性重组人铁蛋白。通过低温岩石磁学和透射电子显微镜的详细研究，取得了以下关键发现：

• 合成的磁性重组人铁蛋白具有单分散性、形状均一、粒径分布狭窄，由蛋白壳和亚铁磁性铁核组成，铁核平均粒径为3.9±1.1纳米，核成分为磁铁矿或磁赤铁矿。
• 该磁性重组人铁蛋白不存在磁相互作用，主要表现为单轴各向异性，是超顺磁学理论和实验的理想模型。
• 首次利用该样品计算了尼尔理论中的基本参数，包括指数前因子（9.2±7.9）×10^10 Hz，有效各向异性能常数（1.2×10^5 J/m³）以及表面各向异性能（6.5×10^-2 erg/cm²），丰富了基础岩石磁学的理论体系。

此外，由于这种仿生合成的磁性重组人铁蛋白具有类似人体铁蛋白的壳层结构，铁核为磁性强的亚铁磁矿物，具有良好的生物相容性和单分散性，预计在材料科学和生物医学领域具有广泛应用。例如，可用于癌症的磁靶向治疗、磁热疗、磁共振成像对比剂、磁分离和纯化等方面。目前，该研究已申请两项发明专利（申请号：200910244505.1，关于单分散性磁性人铁蛋白的制备方法；申请号：201010034208.7，关于从生物组织或工程菌中分离纯化铁蛋白的方法）。

该研究成果已发表在《地球物理学研究杂志》（Journal of Geophysical Research）上，论文题目为《非相互作用、随机定向的纳米级铁磁性颗粒的磁性表征》（Cao et al., 2010, doi:10.1029/2009JB006855）。