[发明专利]一种四氧化三铁纳米材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种四氧化三铁纳米材料及其制备方法和应用，属于材料科学和生物医学领域。

背景技术

磁性材料广泛应用于生物医学、磁流体、催化及水处理等领域。在诸多磁性材料中，四氧化三铁既具有高饱和磁化强度，又不含有诸如锰、钴、镍等具有生物毒性的元素，因而被广泛应用在疾病的诊断与治疗中，尤其应用在磁共振成像造影剂、药物输运载体和磁热疗产热剂方面。

磁共振成像（MRI）是临床医学中广泛使用的非损伤影像诊断手段之一。临床上使用顺磁或超顺磁纳米颗粒作磁共振造影剂，以增强成像效果和提高成像分辨率。四氧化三铁纳米颗粒作为一种新型的磁共振造影剂，其磁性能对其相关应用具有重要影响，所以近年来对它的研究和应用比较多。现有常规制备四氧化三铁的方法有共沉淀法、多元醇法、高温热分解法和溶剂热法等，追求目标在于提供晶相特性、稳定性、载体中分散性以及磁性能良好的造影剂材料，满足临床诊断的需要。上述方法虽然已经被应用，但仍存在有待提高和改善的问题，例如，利用共沉淀法和多元醇法制备得到四氧化三铁的饱和磁化强度往往低于50emu·g^-1；而利用高温热分解法和溶剂热法可以制备得到的四氧化三铁虽然具有高结晶度，形貌可控，粒径分布较窄以及高饱和磁化强度的优点，但由于在制备过程中一般使用具有长烷基链的亲油性表面配体进行表面修饰，而受具有长烷基链的亲油性表面配体自身特性影响，例如：油酸、油胺，常会导致所制备的四氧化三铁纳米颗粒难以在水中均匀分散，而影响其进一步应用。

纳米颗粒的水溶性和良好的生物相容性是其应用于生物医学领域的基本条件。通常来讲，使用双亲性表面活性剂进行配体加成实施表面修饰是一种能有效的获得水溶性纳米颗粒的手段，但所使用的表面活性剂配体一般分子量较大，并且修饰后在纳米颗粒表面具有两层高分子层，修饰后的纳米颗粒被加入到水中时，会导致颗粒表面与水分子之间的距离较大，从而影响了纳米颗粒在磁共振方面的应用。直接使用具有亲水性配体对四氧化三铁纳米颗粒进行表面活性剂替换虽然能够改善其水分散性，并且颗粒表面与水分子间距较小，但为克服前述多数表面配体自身结构特性导致的空间位阻效应问题，往往需要较长的反应时间，并且，四氧化三铁纳米颗粒并非十分稳定，长时间的反应会导致其氧化，从而影响其磁性，进而直接影响到其磁共振等各方面性能。所以，为了减少纳米颗粒的氧化，反应过程始终需要惰性气体保护，操作不是很方便，也使制备成本增加。

如何发展一种简单、快捷的方法来制备具有良好的水溶性和生物相容性的四氧化三铁纳米颗粒，缩小水分子与纳米颗粒表面之间距离，提高纳米颗粒在水中的分散性，在磁共振成像、催化等应用中具有重要价值。因此，如何更为有效地将疏水性表面配体替换为亲水性表面配体，特别是亲水性小分子，以实现纳米颗粒水溶性提高，对于纳米颗粒的进一步生物医学应用具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四氧化三铁纳米材料，该四氧化三铁纳米材料具有良好的水溶性，且表现出良好的磁流体特性和磁共振性能，尤其可以应用于磁共振成像造影剂中，具有较高的灵敏度。

本发明还提供了所述四氧化三铁纳米材料的制备方法，通过对原料和工艺参数的控制，制备得到亲水性四氧化三铁，该制备过程操作简便，利于实现规模化生产。

本发明还提供了所述四氧化三铁纳米材料作为磁共振成像造影剂的应用。

本发明提供了一种四氧化三铁纳米材料的制备方法，该方法包括：

将含有式I结构的儿茶酚羧酸衍生物、吡啶和甲苯的混合液加入到亲油性四氧化三铁的甲苯液中进行反应，收集该反应体系生成的沉淀，经洗涤和干燥处理，得到亲水性四氧化三铁；

其中，式I中的n=0-5，且向亲油性四氧化三铁的甲苯液中加入所述混合液的量足以使反应体系不再继续产生沉淀。

根据本发明的制备方法，所述混合液可以通过在每毫升吡啶与甲苯的混合溶剂中分散0.05-0.5g儿茶酚羧酸衍生物而制成。

本发明提供了一种制备经儿茶酚羧酸衍生物修饰的水溶性四氧化三铁的方法。即，以儿茶酚羧酸衍生物作为亲水配体，通过配体置换方法将疏水性四氧化三铁纳米颗粒转化为水溶性纳米颗粒。该合成方法成本低廉，并较好地保持四氧化三铁纳米颗粒物理、化学等各方面的性能。