[发明专利]一种聚乙烯亚胺包覆磁性氧化铁纳米粒子的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚乙烯亚胺包覆磁性氧化铁纳米粒子的制备方法。该方法包括如下步骤：1)采用化学合成方法制备水溶性磁性氧化铁纳米粒子；2)将步骤1)得到的磁性氧化铁纳米粒子用多聚磷酸盐进行预处理；3)将步骤2)中经多聚磷酸盐预处理的磁性氧化铁纳米粒子与聚乙烯亚胺在水溶液中混合，通过静电吸附作用得到包覆致密、均匀、结构规整的聚乙烯亚胺包覆磁性氧化铁纳米粒子。该方法简单高效，制备的聚乙烯亚胺包覆磁性氧化铁纳米粒子尺寸均匀，表面阳离子密度高，在基因和药物递送、分子成像、生物大分子分离、水体中污染物的去除等领域有着广泛的用途。

技术领域

本发明属于功能纳米材料领域，具体涉及一种聚乙烯亚胺包覆磁性氧化铁纳米粒子的制备方法。

背景技术

磁性氧化铁(包括四氧化三铁、部分氧化四氧化三铁、γ-三氧化三铁)纳米粒子具有独特的磁学性能和良好的生物相容性，在药物递送、分子成像、磁热治疗、生物大分子分离、水体中污染物的去除等领域有着广泛的用途。这些应用往往需要磁性氧化铁纳米粒子尺寸均匀、能够形成稳定的水基分散液，并能够选择性地吸附溶液中的某种物质。然而，未经表面修饰的磁性氧化铁纳米粒子表面能高，亲水性差，易团聚，表面缺乏特殊的官能基团，不能满足上述实际应用的需要。因此，利用无机材料、有机小分子或有机高分子材料对氧化铁纳米粒子进行表面修饰，形成具有核壳结构的复合纳米粒子，赋予磁性纳米粒子良好的胶体稳定性、生物相容性及功能性，是实现上述应用的前提条件。

聚乙烯亚胺是一种水溶性阳离子聚合物，其分子链上携带有大量伯胺、仲胺、叔胺官能团，可以通过静电作用、离子交换、螯合、配位等方式与多种目标分子特异性结合，在造纸、纺织、水处理和生物医药等领域用途十分广泛。利用聚乙烯亚胺分子包覆氧化铁纳米粒子不仅可以增强纳米粒子在水溶液中的分散性和稳定性，还可以赋予其特异的吸附性能和反应活性，是磁性氧化铁纳米粒子表面修饰的理想材料。

目前最常用的聚乙烯亚胺包覆磁性氧化铁纳米粒子的制备方法是物理吸附法。该方法将已经合成的磁性氧化铁纳米粒子与聚乙烯亚水溶液直接混合，或在磁性氧化铁纳米粒子化学合成的过程中向反应溶液中加入聚乙烯亚胺，使聚乙烯亚胺通过物理吸附作用吸附到氧化铁纳米粒子的表面。该方法的缺点是在制备过程中磁性氧化铁纳米粒子容易发生团聚，聚乙烯亚胺实际上是包覆在纳米粒子团聚体的表面，得不到结构规整、包覆均匀的核壳结构复合纳米粒子。针对这一问题，发明专利“阳离子聚电解质包覆磁性纳米复合颗粒的分散液的制备方法”(专利号ZL200610118382.3)公开了一种聚乙烯亚胺包覆磁性纳米复合颗粒的制备方法：首先制备磁性纳米颗粒，然后将磁性纳米颗粒加入到羧酸类化合物溶液中，超声分散后，用标准氢氧化钠溶液调节到中性，得到的稳定磁液经透析分离除去杂质小分子，透析后的磁液与聚乙烯亚胺的水溶液混合，制备出聚乙烯亚胺包覆的磁性纳米颗粒。该方法选择羧酸类化合物在聚乙烯亚胺包覆前对磁性纳米颗粒进行预处理，来改善纳米颗粒在水溶液中的分散性和与阳离子聚合物的亲和作用，在一定程度上提高了聚乙烯亚胺的包覆效果，但是仍存在以下不足：1)羧酸类化合物(乙酸、草酸、柠檬酸中的一种)酸性较强，作为分散剂容易造成氧化铁纳米粒子的腐蚀，包覆完毕需加入氢氧化钠调节溶液的pH值至中性；2)羧酸类化合物的负电荷密度相对较低，对氧化铁纳米颗粒的分散效果有限，不足以使氧化铁纳米粒子完全分散到水溶液中，得到的包覆产物中仍包含大量纳米粒子团聚体，而不是尺寸均匀的核壳结构复合纳米粒子。这些缺点限制了此类复合纳米粒子的实际应用效果。

发明内容

本发明针对现有聚乙烯亚胺包覆氧化铁纳米粒子制备方法存在的问题，提供了一种改进的聚乙烯亚胺包覆磁性氧化铁纳米粒子制备方法。该方法在聚乙烯亚胺包覆前，采用多聚磷酸盐代替羧酸类化合物对已合成的磁性氧化铁纳米进行预处理，使氧化铁纳米粒子表面带上强烈的负电，形成分散性良好的水基分散液，然后将经过多聚磷酸盐预处理的磁性氧化铁纳米粒子分散液加入到聚乙烯亚胺水溶液中，通过静电作用得到包覆致密、均匀、结构规整的聚乙烯亚胺包覆氧化铁纳米粒子。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚乙烯亚胺包覆磁性氧化铁纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：