CN101136278A

CN101136278A - 一种磁性流体的制备方法

Info

Publication number: CN101136278A
Application number: CNA2007101056095A
Authority: CN
Inventors: 洪若瑜; 陈莉莉
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-03-05

Abstract

一种磁性流体的制备方法，其特征在于：选择三氯化铁和硫酸亚铁为铁源，沉淀剂为氨水，反应过程中加少量水合肼，常温下反应一定时间，产物经过滤、洗涤和干燥后，加入到浓度为0.1～0.5mol/L的Mn²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺溶液中，油浴加热并迅速加入NaOH溶液，反应后陈化2～3天，调节pH并用乙醇和去离子水洗涤至中性，干燥得具有软硬磁性的纳米复合粉体。将制得的复合粉体与表面改性剂、溶剂(如水、乙醇或甲苯)混合均匀，在酸性条件下反应4～9小时；然后将上述产物与氧化得到的葡聚糖醛分别在酸、碱性条件下反应，再用还原剂还原，即得外面包裹了葡聚糖的磁性纳米复合粒子。最后，将制得的磁性纳米复合粒子与表面活性剂分散到水中制得具有高稳定性和良好生物相容性的磁性流体。

Description

一种磁性流体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种先合成软、硬磁性相结合的纳米复合粉体，然后再利用化学反应法对磁性纳米复合粉体进行表面改性，制得具有表面生物活性的、饱和磁化强度高的磁性纳米复合粒子，并将该复合粒子分散到水中制得具有高的稳定性和良好生物相容性的磁性流体的方法。

背景技术

在过去的十多年中，纳米技术飞速发展使之在生物医药应用和诊断领域成为必不可少的一部分。在无机纳米粒子中，磁性纳米粒子(包括Fe₃O₄，γ-Fe₂O₃，Mn₁-_xZn_xFe₂O₄等)已经引起极大的关注，因为这些磁性粒子的生物相容性已经被证实。

随着纳米技术和分子生物学的飞速发展，以磁性纳米颗粒作为基因载体在肿瘤基因治疗应用中的研究得到了前所未有的发展，其特殊的纳米效应、超顺磁性、准确的靶向性和在外加磁场推动下对细胞膜及血脑屏障强大的穿透性使肿瘤的基因治疗逐步成为可能。葡聚糖包裹四氧化三铁制备的磁性纳米复合粒子既能通过其活性基团连接具有生物活性的物质，又能通过热运动保持其在溶液中的稳定性，并能够在磁场中不被永久磁化。目前制备葡聚糖/铁氧体纳米复合粒子常采用一步法，即将Fe³⁺，Fe²⁺和葡聚糖混合均匀，再利用氨水做沉淀剂制得。但这种方法的缺陷是葡聚糖与铁氧体的复合是利用范德华力和氢键的作用，通常在稍高的温度或水洗的过程中，部分葡聚糖会自动脱落下来，而且铁氧体的饱和磁化强度不高等。

发明内容

本发明的目的是提供一种先合成软、硬磁性相结合的纳米复合粉体，然后再利用化学键合法(两步法)来合成葡聚糖/磁性颗粒的纳米复合粉体，并将其分散到水中，从而制备出具有高的稳定性和良好生物相容性的磁性流体的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：以Fe³⁺和Fe²⁺为铁源，反应介质为水，沉淀剂宿主以氨水为代表，反应过程中再加一定量水合肼，反应物铁源的浓度均在0.3mol/L～1mol/L之间，Fe³⁺和Fe²⁺摩尔比在1∶1～2∶1之间，在反应温度为20℃～50℃下反应1～5小时，生成的磁性颗粒经分离、洗涤、干燥后，即得纳米四氧化三铁粉体。软、硬磁性相结合的纳米复合粉体的制备是分别将一定浓度的Mn²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺溶液混合均匀，加入一定量的纳米四氧化三铁粉体，油浴加热至设计温度，加快搅拌速度，迅速加入沉淀剂(如氢氧化钠、氨水等)，在该温度下保持0.5～2h，冷却，陈化2～5天，调节pH至酸性，用乙醇和去离子水洗至中性为止，抽滤烘干，研磨成粉末。表面包裹生物相容性的磁性粒子的制备过程是首先将磁性纳米复合粉体与表面改性剂、溶剂(如水、乙醇或甲苯)混合均匀，调节pH为酸性，在30℃～100℃反应4～9小时，磁分离，去离子水洗涤至中性，即得到表面带有活性反应基团的磁性颗粒。其次将处理得到的葡聚糖醛与磁性颗粒的活性反应基团先在酸性条件下反应20～25小时，再在碱性条件下反应3～5小时，再加入一定量的还原剂(如硼氢化钠、氢化铝锂等)还原，即得外面包裹了葡聚糖的磁性纳米复合粒子。最后，以水为分散介质，将制得的磁性纳米复合粒子分散到水中，加入一定量的表面活性剂，即得到具有高稳定性和良好生物相容性的磁性流体。在第一步中首先在四氧化三铁纳米粒子的表面先包覆上一层软磁性的锰锌铁氧体，这样制得的软、硬磁相结合的粒子磁性相对较大。在第二步中葡聚糖氧化是利用氧化剂氧化，再除去多余的反应物和生成物小分子，生成的葡聚糖醛利用2，4-二硝基苯肼检验，葡聚糖的氧化效率利用滴定法来计算。最后，利用高速分散法，将制备得到的磁性纳米复合粒子均匀分散到水中，制备出稳定的、具有良好生物相容性的磁性流体。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明在反应体系中加入了少量的水合肼制备四氧化三铁纳米粒子，再在纳米四氧化三铁表面包覆具有软磁性的锰锌铁氧体粒子，使得颗粒的磁性增强。

2.采用两步法利用化学键合将葡聚糖连结到磁性纳米颗粒上，这样制得的葡聚糖不易脱落，结合牢固。

3.制得的磁性颗粒饱和磁化强度比一步法制得的高。一般一步法制得的饱和磁化强度在20emu/g以下，而两步法制得的在20emu/g以上，这样也便于磁分离。

4.利用该方法制备得到的磁性流体的稳定性高，生物相容性好。

附图说明

附图1为本发明实施的反应示意图；

附图2为本发明实施过程中检验葡聚糖醛的反应示意图；

附图3为本发明实施过程中合成得到的磁性纳米复合粒子的红外(IR)图(A-锰锌铁氧体/四氧化三铁纳米复合粒子；B-氨基化的磁性颗粒；C-葡聚糖/磁性颗粒的红外谱图1；

附图4为本发明实施过程中合成得到的磁性纳米复合粒子的X射线衍射(XRD)图(A-锰锌铁氧体/四氧化三铁纳米复合粒子；B-葡聚糖/磁性颗粒的XRD图)；

附图5为本发明实施过程中合成得到的磁性纳米复合粒子的TEM图片(A-锰锌铁氧体/四氧化三铁纳米复合粒子；B-葡聚糖/磁性颗粒的TEM图)；

附图6为本发明实施过程中合成得到的磁性纳米复合粒子的磁滞回线(A-锰锌铁氧体/四氧化三铁纳米复合粒子；B-葡聚糖/磁性颗粒的磁滞回线)；

附图7为本发明实施过程中制备得到的磁性流体的重力场沉降曲线；

附图8为本实验实施过程中制备得到的磁性流体的流变学曲线；

附图9为本实验实施过程中制备得到的磁性流体磁性能测试曲线(a：F-H；b：F-H²)。

具体实施方式

下面结合附图及实施例子对本发明作进一步描述：

典型的实施方案：葡聚糖氧化是将3.33g葡聚糖溶解在100mL去离子水中，加入8g高碘酸钠，黑暗中室温搅拌3h，反应结束，去离子水每2h透析一次，透析五次。反应后的葡聚糖醛用2，4-二硝基苯肼检验，葡聚糖的氧化效率利用滴定法来计算

将FeCl₃和FeSO₄以1.75∶1的比例混合，并在其中加入少量的水合肼。超声除气30min，然后在剧烈搅拌下快速加入10mL分析纯的氨水，搅拌15min后，缓慢滴加氨水调节pH值到9，继续反应30min，静置一天，磁分离，去离子水洗涤数次，干燥，便得到四氧化三铁纳米粉体。

分别将一定浓度的Mn²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺溶液混合均匀，加入一定量的纳米四氧化三铁粉体，油浴加热至110～120℃，加快搅拌速度，迅速加入5mol/L的沉淀剂，在该温度下保持0.5～1.5h，冷却，陈化2～5天，调节pH至酸性，用乙醇和去离子水洗至中性为止，抽滤烘干，研磨成粉末。

将一定量的磁性粉体分散到50mL的溶剂中，加入4～6mL表面改性剂，调节pH为酸性，氩气保护下，混合液在55℃～65℃搅拌5h，反应结束后冷却，用去离子水洗涤数次，这样在四氧化三铁的表面便被修饰上活性反应基团。

1g表面修饰的磁性粒子加到50mL上述的葡聚糖醛溶液中，氩气保护，先用盐酸调pH为酸性，55℃～65℃反应24h；再用氨水调pH为碱性，60℃反应4h。反应生成的Schiff’s碱加0.4～0.6g硼氢化钠还原，黑暗中反应24h。离心，用大量的去离子水洗涤，这样葡聚糖/四氧化三铁磁性纳米复合粒子便制成了(反应示意图如附图1)。制得的磁性纳米复合粒子的IR、XRD、TEM和磁滞回线如附图3-6所示。

将用上述方法制备得到的磁性纳米颗粒，利用高速球磨法，均匀分散到分散剂水中，加入表面活性剂制备出稳定的、具有良好生物相容性的磁性流体。制得的磁性流体的沉降、流变及磁性能曲线如附图7-9所示。

Claims

1.一种磁性流体的制备方法，其特征在于：选择Fe³⁺和Fe²⁺为铁源，反应介质为水，加入沉淀剂(如氢氧化钠、氨水等)，反应过程中再加一定量水合肼，反应物铁源的浓度均在0.3mol/L～1mol/L之间，Fe³⁺和Fe²⁺摩尔比在1∶1～2∶1之间，在反应温度为20℃～50℃下反应1～5小时，生成的磁性颗粒经分离、洗涤、干燥，即得纳米四氧化三铁粉体。分别将一定浓度的Mn²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺溶液混合均匀，加入一定量的纳米四氧化三铁粉体，油浴加热至设计温度，加快搅拌速度，迅速加入沉淀剂(如氢氧化钠、氨水等)，在该温度下保持0.5～2h，冷却，陈化2～5天，调节pH至酸性，用乙醇和去离子水洗至中性为止，抽滤烘干，研磨成粉末。这样便得到核为硬磁性的四氧化三铁、壳为软磁性的锰锌铁氧体的磁性纳米复合粉体。将制得的磁性纳米复合粉体与表面改性剂、溶剂(如水、乙醇或甲苯)混合均匀，调节pH为酸性，在30℃～100℃反应4～9小时，磁分离，去离子水洗涤至中性，即得到表面带有活性反应基团的磁性颗粒。然后将处理得到的葡聚糖醛与磁性颗粒的活性反应基团先在酸性条件下反应20～25小时，再在碱性条件下反应3～5小时，再加入一定量的还原剂(如硼氢化钠、氢化铝锂等)黑暗中反应，即得外面包裹了葡聚糖的磁性纳米复合粒子。最后，以水为分散介质，将制得的磁性纳米复合粒子分散到水中，加入一定量的表面活性剂，即得到具有高稳定性和良好生物相容性的磁性流体。

2.根据权利要求1所述的一种磁性流体的制备方法，其特征在于：选择Fe³⁺和Fe²⁺为铁源，反应介质为水，加入沉淀剂(如氢氧化钠、氨水等)，反应过程中再加一定量水合肼，反应物铁源的浓度均在0.3mol/L～1mol/L之间，Fe³⁺和Fe²⁺摩尔比在1∶1～2∶1之间，在反应温度为20℃～50℃下反应1～5小时，生成的磁性颗粒经分离、洗涤、再分散后，即得纳米四氧化三铁粉体。

3.根据权利要求1所述的一种磁性流体的制备方法，其特征在于：分别将一定浓度的Mn²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺溶液混合均匀，加入一定量的纳米四氧化三铁粉体，油浴加热至设计温度，加快搅拌速度，迅速加入沉淀剂(如氢氧化钠、氨水等)，在该温度下保持0.5～2h，冷却，陈化2～5天，调节pH至酸性，用乙醇和去离子水洗至中性为止，抽滤烘干，研磨成粉末。这样便得到核为硬磁性的四氧化三铁、壳为软磁性的锰锌铁氧体的磁性纳米复合粉体。

4.根据权利要求1所述的一种磁性流体的制备方法，其特征在于：在磁性纳米复合粉体表面改性时，能选用各种表面活性剂、硅烷偶联剂、油酸、硬脂酸或多种伯醇作为表面改性剂。将磁性纳米复合粉体与表面改性剂、溶剂(如水、乙醇或甲苯)混合均匀，调节pH为酸性，在30℃～100℃反应4～9小时，磁分离，去离子水洗涤至中性，即得到表面带有活性反应基团的磁性颗粒。

5.根据权利要求1所述的一种磁性流体的制备方法，其特征在于：利用过量的氧化剂将葡聚糖氧化成醛，再将未反应的氧化剂以及生成的小分子除去，生成的葡聚糖醛用苯肼类试剂来检验。葡聚糖的氧化效率利用滴定法来计算。

6.根据权利要求1所述的一种磁性流体的制备方法，其特征在于：将处理得到的葡聚糖醛与磁性颗粒的活性反应基团先在酸性条件下反应20～25小时，再在碱性条件下反应3～5小时得到一种Schiff’s碱。

7.根据权利要求1或6所述的一种磁性流体的制备方法，其特征在于：用还原剂还原Schiff’s碱形成壳为葡聚糖核为磁性颗粒的复合粒子。

8.根据权利要求1所述的一种磁性流体的制备方法，其特征在于：利用化学键合法制得了一种具有表面生物活性的、饱和磁化强度高且葡聚糖不易脱落的的磁性纳米粒子。

9.根据权利要求1所述的一种磁性流体的制备方法，其特征在于：在磁性流体的制备方法中，采用水为分散介质，并加入表面活性剂以提高磁性流体的稳定性。

10.根据权利要求1所述的一种磁性流体的制备方法，其特征在于：利用高速分散法，将磁性纳米复合粒子均匀分散到分散剂中，制备得到的磁性流体具有高的稳定性和良好的生物相容性。