CN103467080B - 一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法 - Google Patents

一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法，先将MnCl2·4H2O溶液、ZnCl2溶液、FeCl3·6H2O溶液与氢氧化钠溶液沉淀反应，沉淀超声分散在乙醇溶液中再与正硅酸乙酯进行反应，反应后沉淀再与3-氨基丙基三乙氧基硅烷反应，得沉淀分散在PBS溶液中得到终产品。本发明工艺可以制得颗粒细小，具有超顺磁性，居里温度可控，具有良好水溶性，可在PBS液中溶解，并接有氨基，可为下一步接肿瘤抗体及细胞自身标示物，从而使其具有靶向定位作用奠定了基础。

Description

一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铁氧体的制备方法，特别涉及一种具有良好水溶性、居里温度可控、可用于肿瘤磁流体热疗的纳米铁氧体的制备方法，属于材料科学与生物医学的交叉领域。
背景技术
新型的磁流体热疗（magnetic fluid hyperthermia,MFH）是一项对深部肿瘤组织热疗的新方法，通过纳米级磁流体热疗可以达到均一温度场，且癌细胞吸收经表面修饰后的纳米粒子要比正常细胞高10倍，因此“细胞内热疗”使癌症靶向治疗从组织或器官水平到细胞水平得以实现。
磁流体热疗是基于交变磁场（alternating magnetic field，AMF）下磁性介质感应产热的物理学原理，利用磁性物质能在交变磁场中升温的物理特性，对肿瘤细胞进行治疗的一项技术。治疗时通常采用直接将磁流体注入肿瘤内部，磁性介质生物安全性及组织相容性良好，且治疗后可保留在体内，因此可实现介质一次植入后多次重复热疗。这种方式对于位于身体表浅部位的肿瘤及没有扩散的肿瘤效果较好，但对于位于身体深部的肿瘤及已经发生扩散的肿瘤则难以进行有效治疗。而要实现对深部肿瘤及已扩散肿瘤的有效治疗，需要研制一种水溶性、可以通过注射进入人体、居里点可控，通过循环进入到各部位肿瘤的纳米磁流体。
专利CN102731079A公开了一种制备MnZn铁氧体的方法，该方法采用碳酸氢铵和氨水为沉淀剂进行回流转化，成型前用硅烷和钛酸酯偶联剂复合进行包覆改性，制备具有单原子包覆层的MnZn铁氧体纳米粉体，利用偶联剂水解基团与纳米粉体表面有较好的反应性；然后加入有机粘结剂；在后续的烧结过程中，偶联剂中的其它原子会形成气体而挥发，留下Si4+、Ti4+于MnZn铁氧体内，富集于晶界处提高晶界电阻，降低损耗，起到掺杂作用，提高制品磁学性能。专利CN102731079A最后制备成了块体材料，主要利用其软磁性来制备电感器、变压器、滤波器的磁芯、磁头等器件，应用领域有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法，制备居里温度在一定范围内可控，颗粒细小，具有超顺磁性，且具有良好水溶性的肿瘤热疗用纳米磁流体。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法，包括以下步骤：
（1）按Mn1-xZnxFe2O4中锰、锌、铁摩尔比称取MnCl2·4H2O、ZnCl2、FeCl3·6H2O，用去离子水配成溶液混合，然后滴加到80-90℃水浴加热的氢氧化钠溶液中进行沉淀反应；
（2）将反应后的混合物密封，室温陈化，然后抽滤，将沉淀洗涤、干燥、研磨；
（3）将研磨后的铁氧体加入乙醇溶液中超声分散均匀，用氨水调pH为8～10，然后加入正硅酸乙酯进行水解反应，反应温度为30-40℃，反应时间为4-6h，冷却后静置陈化一段；
（4）将陈化后的沉淀抽滤洗涤直至中性，真空干燥，研磨，过筛得二氧化硅包覆的锰锌铁氧体；
（5）将二氧化硅包覆的锰锌铁氧体加入无水乙醇中超声分散均匀，然后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，并置于37℃气浴恒温振荡器中反应1-3h；
（6）将上述反应所得沉淀用无水乙醇清洗，晾干、真空干燥，得氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体；
（7）将氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体加入PBS溶液中，超声振荡均匀，得居里点可控水溶性纳米铁氧体。
上述制备方法，步骤（1）中，MnCl2·4H2O溶液的浓度为0.0001mol/L～0.1445mol/L，ZnCl2溶液的浓度为0.0001mol/L～0.1383mol/L，FeCl3·6H2O溶液的浓度为0.2765mol/L～0.2890mol/L，NaOH溶液的浓度为1.1061mol/L～1.1562mol/L；Mn2+、Zn2+、Fe3+与OH-的摩尔比为(1-x)∶x∶2∶8，x的取值0.1-0.9。
步骤（1）通过调整Mn1-xZnxFe2O4中各元素的摩尔比，来制备不同组成和性质的锰锌铁氧体。
步骤（2）所述的陈化时间为2-8小时。
步骤（3）中铁氧体与正硅酸乙酯的比例为1∶2～5，g：ml；乙醇溶液的体积浓度为20%，每克铁氧体加500-800ml乙醇溶液。
步骤（3）所述的静置陈化时间为2～6h。
步骤（5）中二氧化硅包覆的锰锌铁氧体与无水乙醇的比例为2∶1，mg：ml；3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入比例为无水乙醇体积的5%。
所述步骤（7）中，氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体与PBS溶液的用量比为6∶1，mg：ml。
本发明通过控制溶液pH值、各元素的摩尔比、反应温度和时间、陈化时间等因素，采用化学沉淀法制备出不同锰、锌含量的铁氧体；然后通过控制反应温度、pH值、正硅酸乙酯的加入量等参数，采用水解的方法在其表面均匀包覆一层二氧化硅薄层，并在其表面引入一定数量的硅氧基；通过3-氨基丙基三乙氧基硅烷的加入在其表面接上氨基，并进一步增加其水溶性，可再PBS液中溶解制成磁流体。所制备的铁氧体居里温度在一定范围内可调，具有良好水溶性，可为后续肿瘤治疗药物的连接及热疗提供保证。
本发明以氢氧化钠为沉淀剂，以正硅酸乙酯水解进行二氧化硅的包覆，在其表面引入羟基，以便于与3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)进行结合增加其水溶性，使其可在PBS液中溶解，制备肿瘤热疗用铁氧体磁流体。本发明制得的颗粒细小，具有超顺磁性，居里温度可控，具有良好水溶性，可在PBS液中溶解，并接有氨基，可为下一步接肿瘤抗体及细胞自身标示物，从而使其具有靶向定位作用奠定了基础。得到的产物粒径在10～20nm左右，具有良好水溶性。
附图说明
图1为锰锌（摩尔）比例分别为1∶9；3∶7；5∶5；7∶3和9∶1时制得纳米铁氧体的X-射线衍射图；
图2（a），（b），（c），（d），（e）为锰锌比例分别是1∶9；3∶7；5∶5；7∶3和9∶1时所得到的纳米锰锌铁氧体的磁性能参数随温度变化曲线。
图3（a），（b），（c），（d），（e）为锰锌比例分别是1∶9；3∶7；5∶5；7∶3和9∶1时所得到的纳米锰锌铁氧体的透射电镜（TEM）图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
（1）以0.1295mol/L MnCl2·4H2O溶液，0.01438mol/L ZnCl2溶液，0.2877mol/LFeCl3·6H2O溶液，1.1510mol/L NaOH溶液为原料，首先取150ml氢氧化钠溶液加入三口烧瓶中，将三口瓶放入90℃水浴中，然后将按比例配制的MnCl2·4H2O、ZnCl2、FeCl3·6H2O混合溶液150ml加入分液漏斗中，在不断搅拌下逐滴滴加，1h后滴加完毕保温2h。
（2）将反应后的沉淀用保鲜膜密封，在室温下陈化5小时；将陈化后的沉淀进行抽滤洗涤，直至溶液呈中性，然后放入真空干燥箱中，80℃真空干燥24h，将所得铁氧体粉末研磨、过筛备用。
（3）取上述所得铁氧体1g，加入750ml20%的乙醇溶液中，超声分散45分钟使其分散均匀；加适量氨水调pH为8～10，加入2ml正硅酸乙酯进行水解。控制反应温度为40℃，反应时间为6h，冷却后静置陈化6h。
（4）将陈化后的沉淀抽滤洗涤直至中性，放入真空干燥箱中于80℃真空干燥12小时，研磨，过筛得二氧化硅包覆的锰锌铁氧体。
（5）将80mgSiO2包覆锰锌铁氧体纳米粒子加入40ml无水乙醇中，用超声波处理30分钟，使纳米粒子在乙醇中单分散化，随后按5%体积分数加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，并置于37℃气浴恒温振荡器中反应2h。
（6）将上述反应所得沉淀用无水乙醇清洗5次，晾干后置于90℃真空干燥箱中，干燥5h，得氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体。
（7）取上述所得氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体30mg，加入5mlPBS液中，超声振荡10min，得肿瘤磁流体热疗用居里点可控水溶性纳米铁氧体。
实施例2
（1）以0.09981mol/L MnCl2·4H2O溶液，0.04277mol/L ZnCl2溶液，0.2852mol/LFeCl3·6H2O溶液，1.1407mol/L NaOH溶液为原料，首先取150ml氢氧化钠溶液加入三口烧瓶中，将三口瓶放入90℃水浴中，然后将按比例配制的MnCl2·4H2O、ZnCl2、FeCl3·6H2O混合溶液150ml加入分液漏斗中，在不断搅拌下逐滴滴加，1h后滴加完毕保温2h。
（2）将反应后的沉淀用保鲜膜密封，在室温下陈化5小时。将陈化后的沉淀进行抽滤洗涤，直至溶液呈中性，然后放入真空干燥箱中，80℃真空干燥24h，将所得铁氧体粉末研磨、过筛备用。
（3）取上述所得铁氧体1g，加入750ml20%的乙醇溶液中，超声分散45分钟使其分散均匀；加适量氨水调pH为8～10，加入2ml正硅酸乙酯进行水解。控制反应温度为40℃，反应时间为6h，冷却后静置陈化6h。
（4）将陈化后的沉淀抽滤洗涤直至中性，放入真空干燥箱中于80℃真空干燥12小时，研磨，过筛得二氧化硅包覆的锰锌铁氧体。
（5）将80mgSiO2包覆锰锌铁氧体纳米粒子加入40ml无水乙醇中，用超声波处理30分钟，使纳米粒子在乙醇中单分散化，随后按5%体积分数加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，并置于37℃气浴恒温振荡器中反应2h。
（6）将上述反应所得沉淀用无水乙醇清洗5次，晾干后置于90℃真空干燥箱中，干燥5h，得氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体。
（7）取上述所得氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体30mg，加入5mlPBS液中，超声振荡10min，得肿瘤磁流体热疗用居里点可控水溶性纳米铁氧体。
实施例3
（1）以0.07066mol/LMnCl2·4H2O溶液，0.07066mol/LZnCl2溶液，0.2822mol/LFeCl3·6H2O溶液，1.1306mol/LNaOH溶液为原料，首先取150ml氢氧化钠溶液加入三口烧瓶中，将三口瓶放入90℃水浴中，然后将按比例配制的MnCl2·4H2O、ZnCl2、FeCl3·6H2O混合溶液150ml加入分液漏斗中，在不断搅拌下逐滴滴加，1h后滴加完毕保温2h。
（2）将反应后的沉淀用保鲜膜密封，在室温下陈化5小时；将陈化后的沉淀进行抽滤洗涤，直至溶液呈中性，然后放入真空干燥箱中，80℃真空干燥24h，将所得铁氧体粉末研磨、过筛备用。
（3）取上述所得铁氧体1g，加入750ml20%的乙醇溶液中，超声分散45分钟使其分散均匀；加适量氨水调pH为8～10，加入2ml正硅酸乙酯进行水解。控制反应温度为40℃，反应时间为6h，冷却后静置陈化6h。
（4）将陈化后的沉淀抽滤洗涤直至中性，放入真空干燥箱中于80℃真空干燥12小时，研磨，过筛得二氧化硅包覆的锰锌铁氧体。
（5）将80mgSiO2包覆锰锌铁氧体纳米粒子加入40ml无水乙醇中，用超声波处理30分钟，使纳米粒子在乙醇中单分散化，随后按5%体积分数加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，并置于37℃气浴恒温振荡器中反应2h。
（6）将上述反应所得沉淀用无水乙醇清洗5次，晾干后置于90℃真空干燥箱中，干燥5h，得氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体。
（7）取上述所得氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体30mg，加入5mlPBS液中，超声振荡10min，得肿瘤磁流体热疗用居里点可控水溶性纳米铁氧体。
实施例4
（1）以0.04202mol/LMnCl2·4H2O溶液，0.09806mol/L ZnCl2溶液，0.2802mol/LFeCl3·6H2O溶液，1.1207mol/LNaOH溶液为原料，首先取150ml氢氧化钠溶液加入三口烧瓶中，将三口瓶放入90℃水浴中，然后将按比例配制的MnCl2·4H2O、ZnCl2、FeCl3·6H2O混合溶液150ml加入分液漏斗中，在不断搅拌下逐滴滴加，1h后滴加完毕保温2h。
（2）将反应后的沉淀用保鲜膜密封，在室温下陈化5小时；将陈化后的沉淀进行抽滤洗涤，直至溶液呈中性，然后放入真空干燥箱中，80℃真空干燥24h，将所得铁氧体粉末研磨、过筛备用。
（3）取上述所得铁氧体1g，加入750ml20%的乙醇溶液中，超声分散45分钟使其分散均匀；加适量氨水调pH为8～10，加入2ml正硅酸乙酯进行水解。控制反应温度为40℃，反应时间为6h，冷却后静置陈化6h。
（4）将陈化后的沉淀抽滤洗涤直至中性，放入真空干燥箱中于80℃真空干燥12小时，研磨，过筛得二氧化硅包覆的锰锌铁氧体。
（5）将80mgSiO2包覆锰锌铁氧体纳米粒子加入40ml无水乙醇中，用超声波处理30分钟，使纳米粒子在乙醇中单分散化，随后按5%体积分数加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，并置于37℃气浴恒温振荡器中反应2h。
（6）将上述反应所得沉淀用无水乙醇清洗5次，晾干后置于90℃真空干燥箱中，干燥5h，得氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体。
（7）取上述所得氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体30mg，加入5mlPBS液中，超声振荡10min，得肿瘤磁流体热疗用居里点可控水溶性纳米铁氧体。
实施例5
（1）以0.0139mol/LMnCl2·4H2O溶液，0.1250mol/LZnCl2溶液，0.2777mol/LFeCl3·6H2O溶液，1.1109mol/LNaOH溶液为原料，首先取150ml氢氧化钠溶液加入三口烧瓶中，将三口瓶放入90℃水浴中，然后将按比例配制的MnCl2·4H2O、ZnCl2、FeCl3·6H2O混合溶液150ml加入分液漏斗中，在不断搅拌下逐滴滴加，1h后滴加完毕保温2h。
（2）将反应后的沉淀用保鲜膜密封，在室温下陈化5小时；将陈化后的沉淀进行抽滤洗涤，直至溶液呈中性，然后放入真空干燥箱中，80℃真空干燥24h，将所得铁氧体粉末研磨、过筛备用。
（3）取上述所得铁氧体1g，加入750ml20%的乙醇溶液中，超声分散45分钟使其分散均匀；加适量氨水调pH为8～10，加入2ml正硅酸乙酯进行水解。控制反应温度为40℃，反应时间为6h，冷却后静置陈化6h。
（4）将陈化后的沉淀抽滤洗涤直至中性，放入真空干燥箱中于80℃真空干燥12小时，研磨，过筛得二氧化硅包覆的锰锌铁氧体。
（5）将80mgSiO2包覆锰锌铁氧体纳米粒子加入40ml无水乙醇中，用超声波处理30分钟，使纳米粒子在乙醇中单分散化，随后按5%体积分数加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，并置于37℃气浴恒温振荡器中反应2h。
（6）将上述反应所得沉淀用无水乙醇清洗5次，晾干后置于90℃真空干燥箱中，干燥5h，得氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体。
（7）取上述所得氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体30mg，加入5mlPBS液中，超声振荡10min，得肿瘤磁流体热疗用居里点可控水溶性纳米铁氧体。
将制得的纳米铁氧体进行X-射线衍射、磁性测试，结果如下：
图1为锰锌比例分别为1∶9；3∶7；5∶5；7∶3和9∶1时纳米铁氧体的X-射线衍射图。从图中可以看出，所得到的物相均为锰锌铁氧体，基本无其他杂质。
图2分别是锰锌比例分别为1∶9；3∶7；5∶5；7∶3和9∶1时纳米铁氧体的磁性参数随温度变化曲线。从图上可以看出，随着X值的增大，纳米铁氧体的居里温度呈先降低后升高的趋势，当到达最低点后再增大的变化趋势，在X=0.3时取得最小值，大约为322.06K，即48.91℃，在X=0.7时取得最大值，约为362.96K，即89.81℃。
图3分别是锰锌比例分别为1∶9；3∶7；5∶5；7∶3和9∶1时所得铁氧体的TEM图。从图上可以看出，当锰锌比例分别为1∶9；3∶7；5∶5时所得到的铁氧体颗粒细小，约为十几个纳米，有利于后续在液体中的分散实验。其中当X=0.3时所得铁氧体结晶良好，为规则的颗粒状。当锰锌比例为7∶3和9∶1时，所得到的铁氧体颗粒较粗，已达到40-80nm，不利于后续在液体中的分散实验。

Claims (8)

1.一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)按Mn1-xZnxFe2O4中锰、锌、铁摩尔比称取MnCl2·4H2O、ZnCl2、FeCl3·6H2O，用去离子水配成溶液混合，Mn2+、Zn2+、Fe3+与OH-的摩尔比为1-x：x：2：8，x的取值0.1-0.9，然后滴加到80-90℃水浴加热的氢氧化钠溶液中进行沉淀反应；
(2)将反应后的混合物密封，室温陈化，然后抽滤，将沉淀洗涤、干燥、研磨；
(3)将研磨后的铁氧体加入乙醇溶液中超声分散均匀，用氨水调pH为8～10，然后加入正硅酸乙酯进行水解反应，反应温度为30-40℃，反应时间为4-6h，冷却后静置陈化一段；
(4)将陈化后的沉淀抽滤洗涤直至中性，真空干燥，研磨，过筛得二氧化硅包覆的锰锌铁氧体；
(5)将二氧化硅包覆的锰锌铁氧体加入无水乙醇中超声分散均匀，然后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，并置于37℃气浴恒温振荡器中反应1-3h；
(6)将上述反应所得沉淀用无水乙醇清洗，晾干、真空干燥，得氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体；
(7)将氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体加入PBS溶液中，超声振荡均匀，得居里点可控水溶性纳米铁氧体。
2.根据权利要求1所述的一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法，其特征是，步骤(1)中，MnCl2·4H2O溶液的浓度为0.0001mol/L～0.1445mol/L，ZnCl2溶液的浓度为0.0001mol/L～0.1383mol/L，FeCl3·6H2O溶液的浓度为0.2765mol/L～0.2890mol/L，NaOH溶液的浓度为1.1061mol/L～1.1562mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法，其特征是，步骤(2)所述的陈化时间为2-8小时。
4.根据权利要求1所述的一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法，其特征是，步骤(3)中铁氧体与正硅酸乙酯的比例为1：2～5，g：ml；乙醇溶液的体积浓度为20％，每克铁氧体加500-800ml乙醇溶液。
5.根据权利要求1所述的一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法，其特征是，步骤(3)所述的静置陈化时间为2～6h。
6.根据权利要求1所述的一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法，其特征是，步骤(5)中二氧化硅包覆的锰锌铁氧体与无水乙醇的比例为2：1，mg：ml；3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入比例为无水乙醇体积的5％。
7.根据权利要求1所述的一种居里点可控水溶性纳米铁氧体的制备方法，其特征是，所述步骤(7)中氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体与PBS溶液的用量比为6:1，mg：ml。
8.权利要求1所述的方法制得的居里点可控水溶性氨基化二氧化硅包覆的锰锌铁氧体。
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