[发明专利]Fe3O4核SiO2壳纳米结构磁性颗粒负载量及壳厚调控方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，涉及一种纳米结构的可控制备方法，特别涉及一种Fe₃O₄核SiO₂壳纳米结构磁性颗粒负载量及壳厚调控方法。

背景技术

近年来磁性纳米材料在细胞治疗、组织修复、药物靶向输运、磁共振成像以及癌症热疗等领域表现出了潜在的、较有前途的生物应用。磁性材料的饱和磁化强度的强弱将决定相关应用的效果。尽管纯的磁性金属材料（如铁、钴、镍）具有更高的饱和磁化强度，但是这些材料具有较高的生物毒性并容易被氧化，因此必须经特定的表面处理，方可在生物医学领域开展应用。相比之下，铁的氧化物对氧化的敏感度很小，能够提供较为稳定的磁响应。近来，纵多研究发现具有超顺磁性的Fe₃O₄具有较为理想的磁特性、以及较好的生物兼容性和相对易于表面功能化，证实该磁性材料具有较好的应用前景。

目前Fe₃O₄纳米材料的合成已经取得了重要进展，但是其实际应用中仍需要进一步改善其生物兼容性和纳米颗粒长期的稳定性，而进行合适的表面修饰是解决这一问题较为可行的方法。磁性纳米颗粒可经有机材料（如聚乙二醇等聚合物）或者无机金属材料（如金）或者氧化物（如二氧化硅等）表面修饰而达到令人满意的分散性。其中，无机的二氧化硅是常用的表面修饰方法，这一方面是二氧化硅自身物理化学稳定性较好，另一方面是由于二氧化硅表面很容易经含有不同基团的硅烷化试剂表面功能化，如氨基化、羧基化等而得到带有所需要基团的表面，方便后续多样化使用，如经表面羧基硅烷化后可借助羧基与氨基的缩合反应将抗体偶联到颗粒表面，用于高选择性地结合与之具有特异性的目标抗原（即目标分子），然后在外加磁场作用下，实现对靶向抗原的快速、高特异性分离。目前关于Fe₃O₄核SiO₂壳结构的制备方法已有多篇文献进行了报道（①Shao, M., F. Ning, et al. (2012). Preparation of Fe₃O₄@SiO₂@ Layered Double Hydroxide Core–Shell Microspheres for Magnetic Separation of Proteins. Journal of the American Chemical Society 134(2): 1071-1077. ②Zhu, Y., E. Kockrick, et al. (2009). An efficient route to rattle-type Fe₃O₄@ SiO₂ hollow mesoporous spheres using colloidal carbon spheres templates. Chemistry of Materials 21(12): 2547-2553. ③Morel, A.-L., S. I. Nikitenko, et al. (2008). Sonochemical Approach to the Synthesis of Fe₃O₄@ SiO₂ Core-Shell Nanoparticles with Tunable Properties. ACS Nano 2(5): 847-856.），但是表面修饰后磁性材料的饱和磁化强度的强弱将决定纳米材料实际应用中的效果，因此如何在制备过程中实现对核壳型磁性纳米颗粒饱和磁化强度及其壳厚的可控制备对于磁性纳米颗粒的应用具有重要意义。已有的报道（M. Stjerndahl, M. Andersson, et al. Superparamagnetic Fe₃O₄/SiO₂ Nanocomposites: Enabling the Tuning of Both the Iron Oxide Load and the Size of the Nanoparticles. Langmuir 2008, 24, 3532-3536.）虽然提出了一种调控方法，即通过调节反应液中水的含量实现壳内负载磁性颗粒数及壳厚的调控（具体方法：先将水和磁性胶体颗粒混合，然后加入到有机表面活性剂溶液（环己烷、曲拉通和己醇混合液）中形成含有磁性颗粒的水/有机微乳液，充分搅匀2天后，将过量的沉积出来的磁性颗粒移出微乳液，然后分次加入TEOS，最后加入氢氧化铵反应2天后离心提纯得到产物），但是步骤复杂，使用的试剂种类繁多，并且颗粒的形貌可控制性、分散性也有待提高。