[发明专利]一种超小型磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法

说明书

一种尺寸小于8nm超小型磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法，它涉及纳米材料制备技术领域。它是为了克服现有方法制备超小型磁性四氧化三铁纳米粒子成核与生长过程难以控制的缺点，采用具有纳米结构的水铁矿为前驱物，在多元醇中加热反应，得到尺寸均匀、粒径可控、结晶性好、纯度高、易溶于水的超小型磁性四氧化三铁纳米粒子。该制备方法步骤为：1)利用三价铁盐与碱性物质在水溶液中发生反应得到水铁矿沉淀；2)将水铁矿沉淀与多元醇混合并加热，得到超小型磁性四氧化三铁纳米粒子。该方法原料易得、成本低廉、工艺简单、适合大规模生产，所得超小型磁性四氧化三铁纳米粒子在生物医学领域有着广泛的用途。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种超小型磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法。

背景技术

磁性四氧化三铁纳米粒子具有独特的磁性能和良好的生物相容性，在细胞分离、靶向给药、基因递送、磁共振成像(MRI)、肿瘤磁热疗等生物医学领域有着广泛的用途。四氧化三铁纳米粒子的磁学性能及生物效应与粒子的大小及表面结构密切相关，制备不同尺寸及表面结构的磁性四氧化三铁纳米粒子是实现各种生物医学应用的必要条件。最近研究表明尺寸小于8nm的超小型磁性四氧化三铁纳米粒子具有良好的T₁磁共振成像性能，在临床诊断与治疗上有着巨大的应用潜力，因此引起了广泛的研究兴趣。目前化学合成超小型磁性四氧化三铁纳米粒子的方法主要有共沉淀法、高温热分解法、水(溶剂)热法等。这些方法大多数是以简单的无机或有机含铁化合物为原料，在溶液中发生水解、热分解、缩合等反应逐渐成核长大形成四氧化三铁纳米粒子。由于反应过程复杂，成核与生长难以有效控制，得到的产物往往存在尺寸分布较宽、杂相多、结晶性差、易团聚等缺点。即便采取加入表面活性剂等手段可以使在一定程度上控制纳米粒子的成核与生长过程，但是疏水性的表面活性剂残留在产物中难以去除，会影响纳米粒子的亲水性和生物相容性。

水铁矿是一种粒径约为2-6nm的弱结晶铁氢氧化物球形颗粒，是Fe³⁺水解过程最先出现的沉淀产物，广泛分布于水、土壤、沉积物和生物体内。水铁矿不稳定，很容易转化为更稳定的铁氧化物或羟基氧化物。但是在转化过程中，产物很难保持水铁矿原有的纳米尺寸和形貌。检索国内外文献，尚未发现利用水铁矿为前驱物制备超小型磁性四氧化三铁纳米粒子的报导。

发明内容

针对目前已报导的超小型磁性四氧化三铁纳米粒子制备方法上存在的成核与生长过程难以控制的问题，本发明提供了一种超小型磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法。该方法首先把简单的三价铁盐制备成具有纳米结构的水铁矿，然后再以水铁矿为前驱物，通过水铁矿在多元醇中加热反应，制备尺寸均匀、粒径可控、结晶性好、纯度高、易溶于水的超小型磁性四氧化三铁纳米粒子。该方法克服了现有制备方法存在的成核与生长过程难以控制的问题，可实现规模化生产，在生物医学领域有着广泛的用途。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种以水铁矿为前驱物制备超小型磁性四氧化三铁纳米粒子的方法，包括如下步骤：

(1)利用三价铁盐与碱性物质在水溶液中发生反应得到水铁矿沉淀；

(2)将步骤(1)所得水铁矿沉淀与多元醇混合并加热，得到超小型磁性四氧化三铁纳米粒子。

其中，步骤(1)中所述的三价铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的任意一种；碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氨气、碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠中的任意一种。步骤(2)中所述的多元醇为乙二醇、丙二醇、甘油、二甘醇、三甘醇、四甘醇、分子量小于1000道尔顿的聚乙二醇中的任意一种或其混合物；加热温度为130℃至溶液的沸点；反应时间为10分钟至24小时；得到超小型磁性四氧化三铁纳米粒子的尺寸小于8nm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明首先采用廉价易得的三价铁盐水解制得具有纳米结构的水铁矿，再通过水铁矿在多元醇加热反应，得到尺寸均匀、粒径可控、结晶性好、纯度高、易溶于水的超小型磁性四氧化三铁纳米粒子。