CN101353181A - 亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法 - Google Patents

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古宏晨
程昌明
文颖慧
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Abstract

一种合成亲水性单分散羧基超顺磁微球的方法，属于无机化学领域，本发明以可溶性的铁离子盐、尿素、水以及羧酸或羧酸盐为原料，将其溶于乙二醇中，在160－250℃条件下通过多醇还原反应制备表面羧基化的纳米四氧化三铁超顺磁性微球，通过控制反应参数可得到系列不同直径和表面羧基密度的磁性微球。该方法制备的表面羧基化微球具有大小均匀、在较大的pH范围内分散稳定，以及比饱和磁化强度高等特点，所需原料无毒，对环境友好，而且价格低廉，操作简单，对设备要求低，产率高，适于大规模工业化生产。以该磁珠为基础，通过无机或高分子表面包覆可进一步拓展该磁珠在生物医药领域的应用。

Description

亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法
技术领域
本发明涉及一种无机化学领域的合成方法，具体涉及一种亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法。
技术背景
纳米超顺磁性材料以其优越的性能被广泛的应用于磁记录材料、电磁感应器件等工业领域。由于纳米超顺磁性铁氧体材料具有无毒，体内可代谢、磁场下操控性能好等优点，近年来在生物医学领域也得到了广泛应用，如用于生物分离与纯化、肿瘤磁热疗、靶向载药以及磁共振成像等领域。一般来说，适于生物医学领域的纳米超顺磁材料必须具备表面亲水性、水相中分散稳定、生物相容性好、表面功能基团化、磁响应速度快等特点。
纳米超顺磁材料指的是常温下无矫顽力和剩磁，具有超顺磁性的材料。目前在生物医学领域应用的纳米超顺磁材料主要有两类，即纳米超顺磁性颗粒材料和超顺磁性微球，其中纳米超顺磁性颗粒材料为单晶或多晶超顺磁颗粒，粒径一般为5～100nm；超顺磁性微球则是由许多超顺磁颗粒组合而成，粒径从几十纳米至几微米不等。相对于纳米超顺磁性颗粒材料，超顺磁性微球因磁性物质含量高，在磁场下的响应速度更快，可操控性能也更佳，具有很好的应用前景。
经对现有技术文献的检索发现，目前超顺磁性微球的制备方法可分为物理法和化学法，由于化学法具有能耗低，产率高，制备条件温和，产物粒径均一等优点，被广泛的用于合成超顺磁性微球。在申请号为200410009788.9，发明名称为“一种合成系列单分散铁酸盐纳米磁珠的方法”的中国专利申请中提出以水合氯化铁为铁源，以乙二醇为溶剂，在密闭反应器中通过高温溶剂热方法制备超顺磁性微球的方法，该方法操作简便，但由于该反应体系中碱性弱，铁盐水解缓慢，因此微球制备时间长，需要8～72小时反应才能完成。而且所得微球表面为乙二醇吸附，在水相中的分散稳定性不佳，表面未实现功能化，也不利于下游的生物医学应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法。该方法以尿素作为均相沉淀剂，羧酸或羧酸盐作为表面修饰剂，通过高温下的多醇还原反应得到粒径在50nm～500nm的单分散磁性微球。尿素作为均相沉淀剂提供碱性环境，促进铁盐的水解和相转化，合成反应时间减少为6～10小时；羧酸或羧酸盐作为表面修饰剂，使合成的羧基磁性微球具有很好的亲水性，能在较宽pH范围的水溶液中分散稳定，表面的羧基有利于与各种生物分子进行耦联；而且通过调节反应参数可方便的调控微球理化性质。该制备方法所采用原料价廉易得，对环境友好，操作简便，对设备要求低，适于大规模工业化生产。
本发明是通过以下技术方案实现的：
可溶性的铁盐、尿素、水以及羧酸或羧酸盐溶于乙二醇中，然后将其置于密闭容器中，在160-300℃条件下进行多醇还原反应，加热时间为6～10小时；所得产物先用乙醇清洗，再用去离子水清洗，在40-80℃烘干，制得单分散羧基化纳米Fe3O4超顺磁微球。
所述的可溶性铁盐的量为：20mL的乙二醇中加入1mmol到10mmol的可溶性的铁盐。
所述的尿素的量为：20mL的乙二醇中加入8mmol到40mmol的尿素。
所述的水的量为：20mL的乙二醇中加入60微升到500微升的水。
所述的羧酸盐的量为：20mL的乙二醇中加入0.03mmol到3mmol的羧酸或羧酸盐。
所述的可溶性铁盐为：氯化铁、硫酸铁、硝酸铁或醋酸铁；
所述的羧酸为：脂肪族二元羧酸、脂肪族多元羧酸、聚多酸或者它们的衍生物，其中脂肪族二元羧酸为丁二酸、苹果酸、酒石酸、衣康酸、天冬氨酸或者它们的衍生物；脂肪族多元羧酸为柠檬酸、环己烷三羧酸、环己烷六羧酸、乙烯基二胺四乙酸、乙二胺四乙酸或者它们的衍生物；聚多酸为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、海藻酸或者它们的衍生物。
本方法以可溶性的铁盐或亚铁盐为铁源，以二元或多元羧酸为表面功能基团和分散稳定基团，使合成的亲水性单分散羧基化超顺磁微球能在较宽pH范围的水溶液中分散稳定，而且微球表面的羧基密度可控，方便与各种生物活性分子的耦联，以均相沉淀剂尿素提供碱性环境，促进铁盐在多醇溶剂中的水解，反应时间缩短为6～10小时，产物粒径均一；微球粒径可调控范围大，而且其磁物理特性也可通过改变反应参数方便地进行调控。采用的原料价廉易得，产物质量稳定，合成过程对设备要求低，制备工艺简便，有利于工业化生产，是一种对环境无污染的绿色合成方法，具有广阔的应用前景。在该磁珠的基础上，可方便的进行无机或高分子表面包覆，拓展该磁珠在生物医药领域的应用。
附图说明
图1亲水性单分散羧基化纳米Fe3O4超顺磁微球的扫描电镜图。
具体实施方法：
实施例1：以氯化铁为铁源，柠檬酸为羧基化试剂，制备亲水性单分散羧基化纳米Fe3O4超顺磁微球
5mmol无水氯化铁、3mmol柠檬酸、500微升水及20mmol尿素溶于20ml乙二醇溶剂中，混合溶液置于30ml水热釜中，在200℃下加热6小时，所得黑色沉淀分别用乙醇和去离子水洗涤3次，并在45℃烘干，制得粒径约为200nm、表面小分子羧酸修饰的纳米Fe3O4超顺磁微球。
实施例2：以硫酸铁为铁源，柠檬酸钠为羧基化试剂，在乙二醇中制备单分散羧基化纳米Fe3O4超顺磁微球
1mmol十二水合硫酸铁、1mmol酒石酸钠、100微升水及8mmol尿素溶于20ml乙二醇溶剂中，混合溶液置于30ml水热釜中，在200℃下加热8小时，所得黑色沉淀分别用乙醇和去离子水洗涤3次，并在40℃烘干，制得粒径约为50nm的亲水性单分散羧基化纳米Fe3O4超顺磁微球。
实施例3：以醋酸铁为铁源，丁二酸为羧基化试剂，制备亲水性单分散羧基化纳米Fe3O4超顺磁微球
2mmol醋酸铁、1mmol丁二酸、60微升水及20mmol尿素溶于20ml乙二醇溶剂中，混合溶液置于30ml水热釜中，在160℃下加热10小时，所得黑色沉淀分别用乙醇和去离子水洗涤3次，并在40℃烘干，制得粒径约为300nm、表面小分子羧酸修饰的纳米Fe3O4超顺磁微球。
实施例4：以硝酸铁为铁源，乙二胺四乙酸为羧基化试剂，制备粒径200nm的高分子修饰的亲水性单分散羧基化纳米Fe3O4超顺磁微球
1.5mmol硝酸铁、0.3mmol乙二胺四乙酸及20mmol尿素溶于20ml乙二醇溶剂中，混合溶液置于30ml水热釜中，在250℃下加热6小时，所得黑色沉淀分别用乙醇和去离子水洗涤3次，并在50℃烘干，制得粒径约为200nm、表面高分子羧酸修饰的纳米Fe3O4超顺磁微球。
实施例5：以六水合氯化铁为铁源，聚丙烯酸钠为羧基化试剂，制备粒径50nm的亲水性单分散羧基化纳米Fe3O4超顺磁微球
2mmol六水合氯化铁、1mmol聚丙烯酸钠(分子量为5100)及20mmol尿素溶于20ml乙二醇溶剂中，混合溶液置于30ml水热釜中，在200℃下加热8小时，所得黑色沉淀分别用乙醇和去离子水洗涤3次，并在50℃烘干，制得粒径约为100nm、表面高分子羧酸修饰的纳米Fe3O4超顺磁微球。
实施例6：以氯化铁为铁源，苹果酸为羧基化试剂，制备亲水性单分散羧基化纳米Fe3O4超顺磁微球
10mmol无水氯化铁、0.03mmol苹果酸、240微升水及40mmol尿素溶于20ml乙二醇溶剂中，混合溶液置于30ml水热釜中，在200℃下加热10小时，所得黑色沉淀分别用乙醇和去离子水洗涤3次，并在80℃烘干，制得粒径约为500nm的亲水性单分散羧基化纳米Fe3O4超顺磁微球。

Claims (10)

1、一种亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
将可溶性的铁离子盐、尿素、水以及羧酸或羧酸盐溶于乙二醇中；
然后将其置于密闭容器中，在160℃到250℃条件下进行多醇还原反应，加热时间为6到10小时；
所得产物先用乙醇清洗，再用去离子水清洗；
在40℃到80℃烘干，制得单分散羧基化纳米Fe3O4超顺磁微球。
2、根据权利要求1所述的亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法，其特征是，所述的可溶性铁盐为：氯化铁、硫酸铁、硝酸铁或醋酸铁。
3、根据权利要求1所述的亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法，其特征是，所述的羧酸为：脂肪族二元羧酸、脂肪族多元羧酸、聚多酸或者它们的衍生物。
4、根据权利要求3所述的亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法，其特征是，所述的脂肪族二元羧酸为丁二酸、苹果酸、酒石酸、衣康酸、天冬氨酸或者它们的衍生物。
5、根据权利要求3所述的亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法，其特征是，所述的脂肪族多元羧酸为柠檬酸、环己烷三羧酸、环己烷六羧酸、乙烯基二胺四乙酸、乙二胺四乙酸或者它们的衍生物。
6、根据权利要求3所述的亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法，其特征是，所述的聚多酸为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、海藻酸或者它们的衍生物。
7、根据权利要求1所述的亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法，其特征是，所述的可溶性铁盐的量为：20mL的乙二醇中加入1mmol到10mmol的可溶性的铁盐。
8、根据权利要求1所述的亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法，其特征是，所述的尿素的量为：20mL的乙二醇中加入8mmol到40mmol的尿素。
9、根据权利要求1所述的亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法，其特征是，所述的水的量为：20mL的乙二醇中加入60微升到500微升的水。
10、根据权利要求1所述的亲水性单分散羧基超顺磁微球的合成方法，其特征是，所述的羧酸盐的量为：20mL的乙二醇中加入0.03mmol到3mmol的羧酸或羧酸盐。
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