CN103730223A

CN103730223A - 超顺磁性纳米球及其制备方法

Info

Publication number: CN103730223A
Application number: CN201310754576.2A
Authority: CN
Inventors: 粟武; 黄亮; 敖丽娇
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: CN103730223B

Abstract

本发明提供了一种超顺磁性纳米球及其制备方法，其包括SiO₂纳米颗粒、Fe₃O₄层和SiO₂层，该Fe₃O₄层以SiO₂纳米颗粒为模板由Fe₃O₄纳米颗粒原位生长形成壳层，该SiO₂层沉积在Fe₃O₄层外表面形成包覆层。该超顺磁性纳米球以胶体SiO₂纳米颗粒为模板，从而可以通过改变模板SiO₂纳米颗粒的大小，进而调节SiO₂Fe₃O₄SiO₂纳米球的尺寸；通过在模板SiO₂纳米颗粒的表面以原位生长的方式包覆Fe₃O₄纳米颗粒，大大提高其负载密度并简化合成条件。同时，通过在Fe₃O₄层外表面进行SiO₂包覆，可显著提高Fe₃O₄SiO₂纳米球的稳定性。

Description

超顺磁性纳米球及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料领域，尤其涉及一种超顺磁性纳米球及其制备方法。

背景技术

磁分离技术是一种基于固相载体的综合分离生物分子和细胞的新型分离技术。其原理是利用功能化磁性颗粒的表面配体(或受体)与受体(或配体)之间的特异性相互作用如：抗体-抗原相互作用或亲合素-生物素等体系来实现对靶向生物目标分子的快速分离。基于流体动力学原理，磁性颗粒可以与待分离目标生物分子迅速接触从而使待分离的目标分子结合到磁性颗粒的表面。然后在一个外加磁场的作用下，快速地富集、分离出靶向生物分子或细胞，而非目标分子或细胞则会滞留在原来的溶液中。这一技术为生物活性物质的分离和免疫检测分析提供了一种新的强有力手段。各种生物大分子如核酸、蛋白质、多肽等及细胞的分离、提纯和精制是生命科学各研究领域必不可少的组成部分，分离纯化技术的高低对整个生物学的发展具有举足轻重的作用。目前，分离纯化技术向着分离步骤少、耗时短、活性高、成本低及易于实现高通量的方向发展。磁性分离技术适应了这一发展趋势，具有很大的市场潜力。我国目前在磁性纳米或微米材料应用领域的研究尚处于起步和发展阶段，产业化就更在其次了。开展磁性纳米材料在体外分离纯化领域中的应用研究不仅可以促进磁分离技术在应用领域的发展，同时对促进我国纳米材料及其相关应用产品的产业化发展具有重要意义。

而磁性纳米粒子及含有磁性纳米颗粒的组装体系，因其具有优异的超顺磁性能、高比表面积、易于功能化等有特性而备受青睐。在众多的磁性纳米微粒中，Fe₃O₄纳米颗粒是一种超顺磁性强、制备相对简单、而且生物相容性较好的纳米材料，其在生物医药的应用主要集中在以下几个方面：Fe₃O₄磁性纳米粒子用于细胞及蛋白等的分离；利用Fe₃O₄磁性纳米粒子作为药物的主要载体进行靶向给药；将Fe₃O₄磁性纳米粒子应用于临床磁共振成像等。其中，作为生物磁分离和纯化的磁性载体，Fe₃O₄具有以下几个特征：超顺磁性、颗粒或微球尺寸均匀、具有表面功能基团、快速的磁响应特性、良好的生物相容性等。Fe₃O₄纳米颗粒与二氧化硅材料都具有良好的生物相容性，因而由这两种材料组合成的复合材料在生物医药领域有着广泛的用途。

制备高质量的Fe₃O₄-SiO₂复合材料一直是人们研究的热点。常用的磁性纳米Fe₃O₄合成方法大致可分为两类：水相合成法和油相合成法。其中，水相合成方法原料简单低毒、工艺简单，但得到的粒子分布不够均匀、易团聚、晶体结构不完整，且在室温下容易被空气中的氧气逐渐氧化，磁性逐渐变弱乃至消失；油相合成方法得到的粒子均一，晶型完整，但是所需原料复杂，合成步骤繁琐，且后期需对其表面进行修饰以便应用于生物体系。而在Fe₃O₄颗粒与SiO2载体的组装方面，多采用以下方式：1）多采用单独合成SiO₂模板以及Fe₃O₄纳米颗粒后将二者组装的策略：模板及纳米粒子均需要官能团修饰及纯化；2）采用水相自组装时，Fe₃O₄颗粒在载体表面的包覆密度严重受静电斥力的影响（一般低于30%）；3）采用有机相自组装时，由于复合材料表面具有疏水性，需要先进行相转移修饰才能包覆SiO₂等壳材料；一般需要对二者进行表面化学修饰，再通过静电或共价偶联相结合，该过程复杂且Fe₃O₄颗粒的负载密度低。

目前，韩国首尔大学制备了负载有Fe₃O₄的介孔SiO₂颗粒，并将其作为多功能的药物载体；该方法需要对SiO₂以及事先合成的Fe₃O₄颗粒表面分别进行氨基化以及溴化处理，再将二者共价偶联，步骤较繁琐。美国加州大学建立了一种疏水Fe₃O₄颗粒与表面巯基化SiO₂颗粒自组装并在外层修饰SiO₂的方法；该方法需要制备表面含有大量巯基官能团的有机硅球模板（直径处于亚微米级别），而用常规的

法难以直接合成；同样需要事先合成并纯化Fe₃O₄纳米颗粒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优异超顺磁性能、粒度均一、可快速磁分离、在水中可稳定分散的超顺磁性纳米球及其制备方法，旨在解决现有SiO₂/Fe₃O₄纳米复合材料的有效成分Fe₃O₄粒子分布不均，以及Fe₃O₄颗粒负载密度低的缺点，避免了现有制备方法中水相合成法粒度不均一、结晶度低的缺点，同时简化了颗粒的表面改性、组装及相转移的复杂过程。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种超顺磁性纳米球，包括以SiO₂纳米颗粒为核的Fe₃O₄SiO₂纳米球，上述Fe₃O₄层是以原位生长的方式包覆在所述SiO₂纳米颗粒表面，在上述Fe₃O₄层外表面还包覆有SiO₂层。

以及，一种上述超顺磁性纳米球的制备方法，包括如下步骤：

获得上述SiO₂纳米颗粒；

将上述SiO₂纳米颗粒与多元醇溶液混溶，然后加入有机铁化合物，加热回流，得到以上述SiO₂纳米颗粒为模板原位生长形成Fe₃O₄壳层的SiO₂Fe₃O₄纳米球；上述SiO₂纳米颗粒与有机铁化合物的质量比为1.2:1～1:1.5；

将上述SiO₂Fe₃O₄纳米球分散在表面活性剂一溶液中，在碱性条件下加入正硅酸乙酯进行水解缩合反应，在上述Fe₃O₄层外表面沉积SiO₂层，得到上述超顺磁性纳米球；该过程SiO₂的沉积时间为6～48h。

本发明的超顺磁性纳米球以胶体SiO₂纳米颗粒为模板，通过在模板SiO₂纳米颗粒的表面以原位生长的方式包覆具有超顺磁性能的Fe₃O₄纳米颗粒，大大提高其负载密度、尺寸均一性及尺寸可缩放性能；同时，通过在Fe₃O₄层外表面进行SiO₂包覆，可显著提高SiO₂Fe₃O₄纳米球在水溶液和酸溶液中的稳定性。因此，上述超顺磁性纳米球大大提高有效成分Fe₃O₄颗粒的负载量，有效克服了现有SiO₂Fe₃O₄复合材料的有效成分Fe₃O₄颗粒分布不均、负载密度低的缺点。本发明的超顺磁性纳米球具备超顺磁性能；该复合纳米球水溶液在外加磁场作用下能在5min以内实现完全分离。

上述超顺磁性纳米球的制备方法以原位生长的方式形成SiO₂Fe₃O₄纳米球，其中Fe₃O₄颗粒在有机相中以硅醇基作为生长点，避免了静电排斥及官能团修饰密度对Fe₃O₄颗粒负载量的影响，提高了负载量和可实现快速磁分离；然后以改进的

法对SiO₂Fe₃O₄纳米球进行SiO₂层包覆，有效提高纳米球的胶体稳定性。该制备方法工艺简单，且条件可控，良品率高；并且避免了传统方法中先合成后组装的模式，也避免了SiO₂/Fe₃O₄复合材料表面修饰及纯化工艺，有效简化了生产步骤。

附图说明

图1是本发明实施例提供的超顺磁性纳米球制备方法流程图；

图2是本发明实施例5提供的SiO₂Fe₃O₄SiO₂超顺磁性纳米球的透射电子显微镜照片；

图3是本发明实施例5所制备的SiO₂Fe₃O₄SiO₂纳米球的室温磁滞回线。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种具有优异超顺磁性能、粒度均一、可快速磁分离、在水中可稳定分散的超顺磁性纳米球。该超顺磁性纳米球，包括以SiO₂纳米颗粒为核的SiO₂Fe₃O₄SiO₂纳米球，上述Fe₃O₄层是以原位生长的方式包覆在上述SiO₂纳米颗粒表面，在上述Fe₃O₄层外表面还包覆有SiO₂层。

具体地，上述SiO₂纳米颗粒的粒径优选为70～200nm，其为无定型结构，粒径均匀、尺寸可调。作为本发明的优选实施例，该SiO₂纳米颗粒优选为单分散性的球形颗粒，该优选的SiO₂纳米颗粒作为Fe₃O₄层的生长模板，能较好地调节SiO₂Fe₃O₄SiO₂纳米球的尺寸，使其具有优良的生物学效应。

上述Fe₃O₄是以原位生长的方式包覆在SiO₂纳米颗粒表面，形成包覆层，其厚度优选为5～7nm，优选为7nm。该Fe₃O₄层的厚度与上述Fe₃O₄纳米颗粒粒径大小有关，优选为5～7nm。作为本发明的优选实施例，上述Fe₃O₄纳米颗粒粒径优选为7nm，该粒径小于Fe₃O₄纳米颗粒的超顺磁性临界尺寸，从而使Fe₃O₄粒子进入超顺磁性状态，在无外加磁场作用下能够稳定分散。Fe₃O₄颗粒分布均匀，高于传统SiO₂/Fe₃O₄复合材料中的Fe₃O₄负载密度，从而大大提高了超顺磁性纳米球中有效成分的负载量及磁响应速度。

上述SiO₂层的厚度优选为5～20nm，优选为10nm。由于SiO₂化学性质不活泼，不容易与水和大部分酸发生反应，通过在上述Fe₃O₄层外表面沉积形成SiO₂包覆层，可显著提高SiO₂Fe₃O₄纳米球在水或酸溶液中的稳定性，比传统的SiO₂/Fe₃O₄复合材料更稳定。

因此，本发明实施例的超顺磁性纳米球以胶体SiO₂纳米颗粒为模板，从而可以通过改变模板SiO₂纳米颗粒的大小，进而调节SiO₂Fe₃O₄SiO₂纳米球的尺寸；通过在模板SiO₂纳米颗粒的表面以原位生长的方式包覆具有超顺磁性能的Fe₃O₄纳米颗粒，大大提高其负载密度并简化合成条件。同时，通过在Fe₃O₄层外表面进行SiO₂包覆，可显著提高SiO₂Fe₃O₄纳米球在水溶液和酸溶液中的稳定性。因此，上述超顺磁性纳米球大大提高有效成分Fe₃O₄颗粒的负载量，有效克服了现有SiO₂/Fe₃O₄复合材料的有效成分粒子Fe₃O₄颗粒分布不均、负载密度低的缺点。

相应地，本发明实施例还提供了上述超顺磁性纳米球的一种制备方法，该制备方法的流程如图1所示。该超顺磁性纳米球的制备方法包括如下步骤：

S01.获得上述SiO₂纳米颗粒；

S02.在SiO₂纳米颗粒外表面原位生长Fe₃O₄纳米颗粒：将步骤S01中SiO₂纳米颗粒与多元醇溶液混溶，然后加入有机铁化合物，加热回流，得到以上述SiO₂纳米颗粒为模板原位生长形成Fe₃O₄壳层的SiO₂Fe₃O₄纳米球；

S03.在Fe₃O₄层外表面包覆SiO₂外壳：将步骤S02中SiO₂Fe₃O₄复合纳米球分散在表面活性剂一溶液中，在碱性条件下加入正硅酸乙酯进行水解缩合反应，在该Fe₃O₄层外表面沉积形成SiO₂层包覆层的，得到上述超顺磁性纳米球。

具体地，上述步骤S01中的所述获得SiO₂纳米颗粒的方法采用本领域常用的制备方法即可。本发明的一个优选实施例制备SiO₂纳米颗粒的方法采用反相微乳液法，具体如下：

首先，将表面活性剂二和助溶剂混合，在不断搅拌下，向其中加入纯净水、碱性溶液，得到反相微液乳；上述水与表面活性剂二的摩尔量比为4:1～6:1，碱性溶液的浓度为2～4mmol/L。其中，水相为分散相，油相表面活性剂二为连续相，水相中分散的为液滴，由连续油相表面活性剂二分子的单分子层环绕四周，得到油包水的反相微乳液体系，随着水与表面活性剂摩尔比的增大，颗粒的粒径明显增加。随着表面活性剂二和助溶剂比的增加，形成的微乳体系可加入纯净水的量的变化范围增加，为下一步反应提供了较大的可变水池直径。进一步地，上述表面活性剂二为聚乙二醇辛基苯基醚（Triton X-100）、聚氧代乙烯(5)壬基苯基醚(IGEPAL CO-520)或吐温80中的任一种；优选为Triton X-100与正己醇的复配物，其摩尔量比为1:5。在优选实施例中，上述Triton X-100浓度优选为0.28mol/L。进一步地，上述碱性溶液二为氨水或氢氧化钠溶液，优选为浓度为2～4mmol/L的氨水溶液，浓度优选为2mmol/L；而提高该氨水浓度可以加速TEOS的水解速率，促进单体的形成和成核的速率，从而使SiO₂纳米颗粒粒径增大。再进一步地，上述助溶剂优选浓度为1.44mol/L的环己烷溶液。

然后，往上述反相微液乳中加入正硅酸乙酯(TEOS)，该TEOS可从油相的表面活性剂二扩散进入到水核中，并进行水解缩合反应。以上述碱性溶液作为催化剂，使硅氧烷水解形成硅醇单体；然后再进行缩合反应，得到逐渐长大的胶体SiO₂纳米球。该正硅酸乙酯(TEOS)的浓度优选为30～60mmol/L。

接着，将上述胶体SiO₂纳米球加入乙醇溶液中进行破乳纯化处理；然后在8000～10000rpm的转速下进行离心分离5～10分钟；依次用异丙醇溶液、乙醇溶液和水洗涤，得到直径为70～82nm的SiO₂纳米球。此处的乙醇溶液、异丙醇溶液均为分析纯。

采用上述反相微乳液法，设备要求简单、操作简便、反应条件温和，制备得到的SiO₂纳米颗粒粒径均匀、粒子粒径及形貌可控，具有良好的力学性能。并且可以根据不同的实际需求，通过调整水与表面活性剂的摩尔量比和碱性溶液的浓度可以获得不同尺寸的SiO₂纳米颗粒。在优选实施例中，上述水与表面活性剂与的摩尔量比为5：1时，获得的SiO₂纳米颗粒尺寸分布较均匀，分散性良好。

上述步骤S02中，将步骤S01所获得的SiO₂纳米颗粒溶液中加入多元醇溶液混溶、然后加入有机铁化合物粉末，在高温回流的条件下，将Fe₃O₄纳米颗粒原位结晶生长到SiO₂纳米颗粒表面，得到上述SiO₂Fe₃O₄纳米球；该原位生长替代了传统方法中先合成后组装的模式，避免了材料的表面修饰及纯化，有效简化了实验步骤。

其中，上述多元醇为三甘醇、四甘醇中的至少一种；其中三甘醇的沸点为290℃，四甘醇的熔点为300℃以上。由于有机铁化合物裂解为Fe₃O₄纳米颗粒的温度不宜太低或太高，选择沸点为290℃～300℃的溶剂非常有利于获得优质的Fe₃O₄纳米晶体。同时，多元醇能有效溶解SiO₂纳米颗粒，因此可将模板SiO₂和Fe₃O₄纳米颗粒融于一个反应体系，以便一步合成超顺磁复合颗粒。在本发明的优选实施例中，该多元醇优选为三甘醇。

进一步地，上述SiO₂纳米颗粒作为原位生长的模板；以三甘醇作为配体和溶剂，将SiO₂纳米颗粒稳定分散，SiO₂颗粒表面的硅醇基作为Fe₃O₄颗粒在SiO₂纳米颗粒表面原位生长的位点，避免了传统方法中由于静电排斥及官能团修饰密度对Fe₃O₄颗粒负载量的影响，提高了Fe₃O₄负载量，进而可实现快速磁分离，并且该三甘醇还作为修饰剂，有助于后续的SiO₂层表面包覆。上述有机铁化合物作为形成Fe₃O₄的铁源，优选乙酰丙酮铁。更进一步地，通过调节SiO₂纳米颗粒与有机铁化合物的质量比，可调节SiO₂纳米颗粒表面的Fe₃O₄颗粒的负载密度；当上述SiO₂纳米颗粒与有机铁化合物的质量比为1.2:1～1:1.5时，Fe₃O₄颗粒的负载密度较高；尤其SiO₂纳米颗粒与有机铁化合物的质量比为1：1.3时，Fe₃O₄颗粒的负载密度最好。本发明实施例以超顺磁性纳米晶体在载体表面原位生长的方式替代了目前常用的先合成后组装或制备可控颗粒聚集体的方法，简化了Fe₃O₄纳米颗粒的单独合成、纯化、相转移修饰以及表面官能团改性等一系列步骤，能够简单可重复地制备超顺磁性纳米球。

进一步地，该步骤S02中，高温回流包含如下步骤：第一次升温至50～80℃，持续时间为5～10min；第二次在惰性气体气氛下升温至200～220℃，持续时间为1～2h；第三次升温至280～290℃，持续时间为1～2h；优选为第一次先在真空条件下将溶液中的乙醇抽干，升温至60℃，持续时间为5min；第二次向瓶中通入氮气，在惰性气体气氛下升温至200℃，在磁力搅拌下持续时间为1h；第三次升温至285℃，在磁力搅拌下持续时间为1h。该高温回流步骤可有效提高Fe₃O₄纳米颗粒的结晶度。

进一步地，该步骤S02中，在上述高温回流的步骤后，还包含磁分离纯化的步骤，具体如下：将高温回流后得到的混合物溶液冷却至室温，加入乙醇溶液中处理；然后用磁铁进行磁分离并弃去上清液；将沉淀物用丙酮溶液洗涤2～3次，得到上述SiO₂Fe₃O₄纳米球。此处的乙醇溶液和丙酮溶液均为分析纯。

具体地，上述步骤S03中，由于步骤S02中得到的Fe₃O₄层表面亲水性欠佳，因此该步骤S03采用改良的

法来包覆SiO₂层，具体方法如下：将上述SiO₂Fe₃O₄复合纳米球分散在表面活性剂一溶液中，该表面活性剂一为十六烷基三甲基溴化铵与十四烷基三甲基溴化铵的任一种，优选为十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），该CTAB的浓度为3～5mM，优选为3mM；然后在碱性条件下加入正硅酸乙酯，pH值为8～10，该正硅酸乙酯(TEOS)的浓度优选为5～10mmol/L。在碱性条件下，TEOS作为前体进行水解缩合反应包覆SiO₂壳层，该过程SiO₂的沉积时间为6～48h。如上所述，SiO₂Fe₃O₄复合纳米球表面的修饰剂三甘醇由于具有一定亲水性，可直接在

体系中制备SiO₂Fe₃O₄SiO₂复合纳米球。可控制外层SiO₂壳的厚度为10nm左右，该SiO₂外壳具有优良的水溶性和化学惰性，可有效提高超顺磁性纳米球在水溶液或酸溶液中胶体稳定性。

本发明实施例的超顺磁性纳米球的制备方法通过以原位生长的方式形成SiO₂Fe₃O₄SiO₂纳米球，其中Fe₃O₄颗粒在有机相中以硅醇基作为生长点，在高温回流的条件下，有效提高Fe₃O₄颗粒的结晶度，可避免静电排斥及官能团修饰密度对Fe₃O₄颗粒负载量的影响，以提高负载量和实现快速磁分离；以改进的法对表面修饰有三甘醇的SiO₂Fe₃O₄纳米球进行SiO₂包覆，有效提高纳米球的胶体稳定性。该制备方法工艺简单，且条件可控，良品率高；代替了SiO₂/Fe₃O₄复合材料传统制法中的先合成后组装的模式，无需额外合成及纯化Fe₃O₄纳米颗粒，SiO₂载体表面无需修饰有机官能团，避免表面修饰及纯化工艺，有效简化了实验步骤。由图3可以看出，本发明制备的超顺磁性纳米球的室温磁滞回线可通过坐标轴的原点，表明该材料具备优良的超顺磁性能，其饱和磁化强度为8.9emu/g。该超顺磁性复合纳米球水溶液在外加磁场作用下能在5min以内实现完全分离。

下面结合具体实施方法对本发明进行进一步的说明。

实施例1：

一种超顺磁性纳米球及其制备方法。该超顺磁性纳米球的制备方法如下

S11.获得SiO₂纳米颗粒:将75mL的环己烷、18mL的正己醇以及17.7mL的Triton X-100混合，加入4.2mL的水以及600μL的氨水形成反相微乳液；接着往反相微乳液中加入1.5mL的TEOS，并将反相微乳液在室温下搅拌48h；然后加入70mL的乙醇破乳，以6000rpm的速率离心5min，将沉淀物依次用异丙醇、乙醇和水洗涤，可得到直径82nm的SiO₂球；

S12.原位生长Fe₃O₄纳米颗粒：将75mg由步骤S11中得到的SiO₂球溶于500μL的乙醇中，加入含有5ml三甘醇以及66mg乙酰丙酮铁的两口圆底烧瓶中；在真空条件下将溶液中的乙醇抽干，升温至110℃并保持20min；向瓶中通入氮气，升温至210℃，在磁力搅拌下保持2h；升温至290℃，在磁力搅拌下保持1h，得到SiO₂Fe₃O₄纳米球；将反应瓶冷却至室温，然后加入10mL丙酮溶液，用磁铁进行磁分离并弃去上清；将沉淀用丙酮洗涤3次；

S13.包覆SiO₂外壳：取步骤S12中纯化后的SiO₂Fe₃O₄纳米球20mg溶于30mL浓度为3mM的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，用NaOH调节使溶液pH至9.0；每隔20min加入18μL的TEOS并磁力搅拌，共重复三次；将溶液在室温下磁力搅拌48h，然后将产物进行离心或磁分离纯化并用甲醇及超纯水洗涤，得到SiO₂Fe₃O₄SiO₂超顺磁性纳米球。

实施例2：

S21.获得SiO₂纳米颗粒:将75mL的环己烷、18mL的正己醇以及17.7mL的Triton X-100混合，加入4.2mL的水以及600μL的氨水形成反相微乳液；接着往反相微乳液中加入1.5mL的TEOS，并将反相微乳液在室温下搅拌48h；然后加入70mL的乙醇破乳，以6000rpm的速率离心5min，将沉淀物依次用异丙醇、乙醇和水洗涤，可得到直径82nm的SiO₂球；

S22.原位生长Fe₃O₄纳米颗粒：将375mg由步骤S21中得到的SiO₂球溶于2.5ml的乙醇中，加入含有25ml三甘醇以及330mg乙酰丙酮铁的两口圆底烧瓶中；在真空条件下将溶液中的乙醇抽干，升温至110℃并保持20min；向瓶中通入氮气，升温至210℃，在磁力搅拌下保持2h；升温至290℃，在磁力搅拌下保持1h，得到SiO₂Fe₃O₄纳米球；将反应瓶冷却至室温，然后加入50mL丙酮溶液，用磁铁进行磁分离并弃去上清；将沉淀用丙酮洗涤3次；

S23.包覆SiO₂外壳：取步骤S22中纯化后的SiO₂Fe₃O₄纳米球100mg溶于150mL浓度为3mM的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，用NaOH调节使溶液pH至9.0；每隔20min加入90μL的TEOS并磁力搅拌，共重复三次；将溶液在室温下磁力搅拌48h，然后将产物进行离心或磁分离纯化并用甲醇及超纯水洗涤，得到SiO₂Fe₃O₄SiO₂超顺磁性纳米球。

实施例3：

S31.获得SiO₂纳米颗粒:将150mL的环己烷、36mL的正己醇以及35.4mL的Triton X-100混合，加入8.4mL的水以及1.2ml的氨水形成反相微乳液；接着往反相微乳液中加入2mL的TEOS，并将反相微乳液在室温下搅拌24h；然后加入70mL的乙醇破乳，以6000rpm的速率离心5min，将沉淀物依次用异丙醇、乙醇和水洗涤，可得到直径70nm的SiO₂球；

S32.原位生长Fe₃O₄纳米颗粒：将50mg由步骤S31中得到的SiO₂球溶于500ul的乙醇中，加入含有5ml三甘醇以及66mg乙酰丙酮铁的两口圆底烧瓶中；在真空条件下将溶液中的乙醇抽干，升温至110℃并保持20min；向瓶中通入氮气，升温至210℃，在磁力搅拌下保持2h；升温至290℃，在磁力搅拌下保持1h，得到SiO₂Fe₃O₄纳米球；将反应瓶冷却至室温，然后加入10mL丙酮溶液，用磁铁进行磁分离并弃去上清；将沉淀用丙酮洗涤3次；

S33.包覆SiO₂外壳：取步骤S32中纯化后的SiO₂Fe₃O₄纳米球20mg溶于30mL浓度为3mM的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，用NaOH调节使溶液pH至9.0；每隔20min加入18μL的TEOS并磁力搅拌，共重复三次；将溶液在室温下磁力搅拌48h，然后将产物进行离心或磁分离纯化并用甲醇及超纯水洗涤，得到SiO₂Fe₃O₄SiO₂超顺磁性纳米球。

实施例4：

S41.获得SiO₂纳米颗粒:将150mL的环己烷、36mL的正己醇以及35.4mL的Triton X-100混合，加入8.4mL的水以及1.2ml的氨水形成反相微乳液；接着往反相微乳液中加入2mL的TEOS，并将反相微乳液在室温下搅拌24h；然后加入70mL的乙醇破乳，以6000rpm的速率离心5min，将沉淀物依次用异丙醇、乙醇和水洗涤，可得到直径70nm的SiO₂球；

S42.原位生长Fe₃O₄纳米颗粒：将250mg由步骤S41中得到的SiO₂球溶于2.5ml的乙醇中，加入含有25ml三甘醇以及330mg乙酰丙酮铁的两口圆底烧瓶中；在真空条件下将溶液中的乙醇抽干，升温至110℃并保持20min；向瓶中通入氮气，升温至210℃，在磁力搅拌下保持2h；升温至290℃，在磁力搅拌下保持1h，得到SiO₂Fe₃O₄纳米球；将反应瓶冷却至室温，然后加入50mL丙酮溶液，用磁铁进行磁分离并弃去上清；将沉淀用丙酮洗涤3次；

S43.包覆SiO₂外壳：取步骤S42中纯化后的SiO₂Fe₃O₄纳米球100mg溶于150mL浓度为3mM的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，用NaOH调节使溶液pH至9.0；每隔20min加入90μL的TEOS并磁力搅拌，共重复三次；将溶液在室温下磁力搅拌48h，然后将产物进行离心或磁分离纯化并用甲醇及超纯水洗涤，得到SiO₂Fe₃O₄SiO₂超顺磁性纳米球。

实施例5：

S51.获得SiO₂纳米颗粒:将40mL的乙醇、2.43mL的水以及1.8mL的氨水混合加热到50℃；将1.55mL的TEOS加入到4mL的乙醇并快速注入上述混合液中，在50℃下搅拌反应5h。取上述粗溶液10mL加入70mL乙醇、13mL水及7.5mL氨水。在剧烈搅拌下逐滴加入650μL TEOS，并在室温下搅拌5h。重复该步骤四次后，将产物以10000rpm离心并用乙醇洗涤，得到粒径为200nm的SiO₂纳米球；

S52.原位生长Fe₃O₄纳米颗粒：将50mg由步骤S71中得到的SiO₂球溶于0.5mL的乙醇中，加入含有5mL的三甘醇以及66mg的乙酰丙酮铁的两口圆底烧瓶中；在真空条件下将溶液中的乙醇抽干，升温至110℃并保持20min；向瓶中通入氮气，升温至210℃，在磁力搅拌下保持2h；升温至290℃，在磁力搅拌下保持1h，得到SiO₂Fe₃O₄纳米球；将反应瓶冷却至室温，加入10ml丙酮，用磁铁进行磁分离并弃去上清；将沉淀用丙酮洗涤3次；

S53.包覆SiO₂外壳：将20mg由步骤S72中得到的纯化后的SiO₂Fe₃O₄纳米球溶于4.5mL的水、1.5mL的氨水以及30mL的乙醇的混合液中，加入60μL的TEOS，并在室温下磁力搅拌20min；将产物进行离心或磁分离纯化并用乙醇洗涤，得到SiO₂Fe₃O₄SiO₂超顺磁性纳米球，其透射电镜表征结果如图2所示。

实施例6：

S61.获得SiO₂纳米颗粒:将40mL的乙醇、2.43mL的水以及1.8mL的氨水混合加热到50℃；将1.55mL的TEOS加入到4mL的乙醇并快速注入上述混合液中，在50℃下搅拌反应5h。取上述粗溶液10mL加入70mL乙醇、13mL水及7.5mL氨水。在剧烈搅拌下逐滴加入650μL TEOS，并在室温下搅拌5h。重复该步骤四次后，将产物以10000rpm离心并用乙醇洗涤，得到粒径为200nm的SiO₂纳米球；

S62.原位生长Fe₃O₄纳米颗粒：将250mg由步骤S71中得到的SiO₂球溶于2.5mL的乙醇中，加入含有25mL的三甘醇以及330mg的乙酰丙酮铁的两口圆底烧瓶中；在真空条件下将溶液中的乙醇抽干，升温至110℃并保持20min；向瓶中通入氮气，升温至210℃，在磁力搅拌下保持2h；升温至290℃，在磁力搅拌下保持1h，得到SiO₂Fe₃O₄纳米球；将反应瓶冷却至室温，加入50ml丙酮，用磁铁进行磁分离并弃去上清；将沉淀用丙酮洗涤3次；

S63.包覆SiO₂外壳：将100mg由步骤S72中得到的纯化后的Fe₃O₄SiO₂纳米球溶于22.5mL的水、7.5mL的氨水以及150mL的乙醇的混合液中，加入180°L的TEOS，并在室温下磁力搅拌20min；将产物进行离心或磁分离纯化并用乙醇洗涤，得到SiO₂Fe₃O₄SiO₂超顺磁性纳米球。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超顺磁性纳米球，包括以SiO₂纳米颗粒为核的SiO₂Fe₃O₄SiO₂纳米球，其特征在于：所述Fe₃O₄层是以原位生长的方式包覆在所述SiO₂纳米颗粒表面，在所述Fe₃O₄层外表面还包覆有SiO₂层。

2.如权利要求1所述的超顺磁性纳米球，其特征在于：所述SiO₂层的厚度为5～20nm。

3.如权利要求1或2所述的超顺磁性纳米球，其特征在于：所述SiO₂纳米颗粒的粒径为70～200nm。

4.如权利要求1或2所述的超顺磁性纳米球，其特征在于：所述Fe₃O₄层的厚度为5～7nm。

5.一种如权利要求1～4任一项所述超顺磁性纳米球的制备方法，包括如下步骤：

获得所述SiO₂纳米颗粒；

将所述SiO₂纳米颗粒与多元醇溶液混溶，然后加入有机铁化合物，加热回流，得到以所述SiO₂纳米颗粒为模板原位生长形成Fe₃O₄壳层的SiO₂Fe₃O₄纳米球；所述SiO₂纳米颗粒与有机铁化合物的质量比为1.2：1～1：1.5；

将所述SiO₂Fe₃O₄纳米球分散在表面活性剂一溶液中，在碱性条件下加入正硅酸乙酯进行水解缩合反应，在所述Fe₃O₄层外表面沉积SiO₂层，得到所述超顺磁性纳米球；该过程SiO₂的沉积时间为6～48h。

6.如权利要求5所述的超顺磁性纳米球的制备方法，其特征在于：所述加热回流包含如下步骤：第一次升温至50～80℃，持续时间为5～10min；在惰性气体气氛下第二次升温至200～220℃，持续时间为1～2h；第三次升温至280～290℃，持续时间为1～2h。

7.如权利要求5所述的超顺磁性纳米球的制备方法，其特征在于：所述多元醇为三甘醇、四甘醇中的至少一种。

8.如权利要求5～7任一项所述的超顺磁性纳米球的制备方法，其特征在于，所述获得SiO₂纳米颗粒的方法为：将表面活性剂和助溶剂混合，加入水和氨水形成反相微液乳；加入正硅酸乙酯进行水解缩合反应，得到所述SiO₂纳米颗粒；所述水与表面活性剂的摩尔量比为4:1～6:1，所述碱性溶液的浓度为2～4mmol/L。