DE102008015365A1 - Magnetische Nanopartikel und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Magnetische Nanopartikel und Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE102008015365A1
DE102008015365A1 DE200810015365 DE102008015365A DE102008015365A1 DE 102008015365 A1 DE102008015365 A1 DE 102008015365A1 DE 200810015365 DE200810015365 DE 200810015365 DE 102008015365 A DE102008015365 A DE 102008015365A DE 102008015365 A1 DE102008015365 A1 DE 102008015365A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
iii
nanoparticles
salt
mixture
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200810015365
Other languages
English (en)
Inventor
Achim Dr. Schwämmle
Vera Gölden
Romain Dabre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
Priority to DE200810015365 priority Critical patent/DE102008015365A1/de
Priority to EP09721342A priority patent/EP2254838A2/de
Priority to PCT/EP2009/001356 priority patent/WO2009115176A2/de
Publication of DE102008015365A1 publication Critical patent/DE102008015365A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00—Compounds of iron
    • C01G49/02—Oxides; Hydroxides
    • C01G49/08—Ferroso-ferric oxide [Fe3O4]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K49/00—Preparations for testing in vivo
    • A61K49/06—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations
    • A61K49/18—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes
    • A61K49/1818—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/0036—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties showing low dimensional magnetism, i.e. spin rearrangements due to a restriction of dimensions, e.g. showing giant magnetoresistivity
    • H01F1/0045—Zero dimensional, e.g. nanoparticles, soft nanoparticles for medical/biological use
    • H01F1/0054—Coated nanoparticles, e.g. nanoparticles coated with organic surfactant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/42—Magnetic properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/10—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites, e.g. [(Ba,Sr)O(Fe2O3)6] ferrites with hexagonal structure
    • H01F1/11—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites, e.g. [(Ba,Sr)O(Fe2O3)6] ferrites with hexagonal structure in the form of particles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/34—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites
    • H01F1/36—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites in the form of particles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft magnetische Nanopartikel, insbesondere Magnetit-Partikel mit einem Durchmesser zwischen 10 und 50 nm sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft magnetische Nanopartikel, insbesondere Magnetit-Partikel mit einem Durchmesser zwischen 10 und 50 nm sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Magnetische Nanopartikel werden in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsfelder eingesetzt. Beispielsweise spielen sie in der Elektronik auf dem Gebiet der Informationsspeicherung und der Sensortechnik eine wichtige Rolle. Für Sicherheitsanwendungen, beispielsweise zur fälschungssicheren Codierung von Produkten, Dokumenten, Wertpapieren, usw. können magnetische Nanopartikel als sogenannte Security Marker verwendet werden. In Form von sogenannten Ferrofluiden – stabilen Flüssigdispersionen, deren Fließeigenschaften durch äußere Magnetfelder beeinflusst werden können – kommen magnetische Nanopartikel unter anderem beim Bau von Schwingungsdämpfern und Hochtonlautsprechern zum Einsatz. In der Molekularbiologie, Biochemie und Diagnostik werden magnetische Mikro- und Nanopartikel schon seit langem als selektive Sorbentien zur Abtrennung, Anreicherung oder Aufreinigung von biologischen Molekülen wie Nukleinsäuren oder Proteinen angewendet. Ein sehr großes Potential wird magnetischen Materialien in der Medizin vorausgesagt. Bereits jetzt werden magnetische Nanopartikel als Kontrastmittel in der Magnetresonanztomographie (MRI) verwendet. Weitere potenzielle Einsatzmöglichkeiten sind magnetisches drug targeting, und die Hyperthermiebehandlung von erkranktem Gewebe, beispielsweise Tumoren.
  • Für die beschriebenen Anwendungen werden in der Regel Kompositpartikel eingesetzt, die aus einer magnetischen Komponente (ferro- oder ferrimagnetische Nanopartikel) bestehen und einer funktionellen Komponente, z. B. einer Schicht aus Siliciumdioxid oder einem anderen Metalloxid wie etwa Aluminiumoxid, Titandioxid, oder Zirkondioxid, einem Polymer wie Polystyrol, Polymethacrylat, Polyvinylalkohol oder Polysiloxan, oder einer natürlichen Komponente wie Dextran oder Chitosan. Zur chemischen Anknüpfung von Wirkstoffmolekülen, Antikörpern, Oligonukleotiden, usw. kann diese Beschichtung mit Reaktivgruppen, Ladungsträgern oder ähnlichen Funktionalitäten modifiziert sein.
  • Für die meisten der oben beschriebenen Einsatzfelder kommen bevorzugt Eisenoxide wie Maghämit (γ-Fe2O3) oder Magnetit (Fe3O4) in Frage. Vor allem für Anwendungen in der Biotechnologie und der Medizin werden Eisenoxide wegen ihrer nicht-toxischen Eigenschaften anderen ferro- oder ferrimagnetischen Materialien wie Barium-, Zink- oder Cobaltferrit, elemetarem Cobalt etc. vorgezogen. Darüber hinaus sind Maghämit und Magnetit in nanopartikulärer Form besonders einfach durch eine Fällungsreaktion herzustellen. So wird in fast allen einschlägigen Publikationen und Patenten Magnetit durch Ausfällen aus einer stark alkalischen Lösung von Fe(II) und Fe(III)-salzen im stöchiometrischen Verhältnis 1:2 hergestellt. Das Verfahren wurde von Massart beschrieben (Massart, IEE Trans. Magn. 1981, MAG-17, 1247) und ist mit Abstand das am häufigsten verbreitete Verfahren zur Herstellung von Magnetitnanopartikeln. Die Reaktionsbedingungen (Temperatur, Konzentrationen, Reaktionsdauer, Art der Lauge, usw.) können in weiten Bereichen variiert werden, obwohl dadurch in Bezug auf Ausbeute, Produktreinheit und Partikelgröße kaum Änderungen bewirkt werden. Die auf diese Weise hergestellten Partikel haben stets einen sehr kleinen Durchmesser (7–10 nm). Eine nachträgliche Oxidation des Magnetits liefert Maghämit, das ähnliche magnetische Eigenschaften aufweist.
  • Die sehr geringe Partikelgröße von < 10 nm führt dazu, dass das Eisenoxid superparamagnetisch ist, d. h. dass es seine ferrimagnetischen Eigenschaften nur in Gegenwart eines äußeren Magnetfeldes zeigt und keine magnetische Remanenz besitzt. Dies ist ein generelles Phänomen aller ferri- und ferromagnetischen Materialien bei hinreichend geringen Partikelgrößen. Es resultiert daher, dass die Partikelgröße in derselben Größenordnung liegt wie die Weiss'schen Bezirke, die als kleinste elementarmagnetische Domänen angesehen werden können. Im Fall von Magnetit liegt diese Größenordnung bei 20–30 nm. Magnetitnanopartikel mit wesentlich größerem Durchmesser sind also nicht mehr superparamagnetisch. Superparamagnetismus ist in der Mehrzahl der oben beschriebenen Anwendungen – mit Ausnahme der Informationsspeicherung – eine wünschenswerte oder sogar unabdingbare Eigenschaft, da Nanopartikel mit Remanenzmagnetismus als kleine Permanentmagnete wirken und sich aufgrund der magnetischen Anziehungskräfte zusammenballen würden. Insbesondere bei in vivo Anwendungen wie MRI, drug targeting oder Hyperthermie könnte ein solches Verhalten sogar lebensbedrohliche Auswirkungen haben.
  • Trotz der Einfachheit seiner Herstellung und des Superparamagnetismus hat das über das Massart-Verfahren und seiner Varianten gewonnene Magnetit einige Nachteile. So entstehen meist auch andere, nichtmagnetische Eisenoxide als Nebenprodukt, wie z. B. α-Fe2O3 (Hämatit) oder FeOOH (Goethit). Diese lassen sich nur schwer abtrennen und führen häufig dazu, dass der Überstand einer magnetisch sedimentierten Partikelsuspension bräunlich-gelb gefärbt ist. Weiterhin sind derart kleine Magnetitpartikel aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche wesentlich empfindlicher gegenüber Luftsauerstoff und neigen daher in nicht inerter Umgebung stärker zur Oxidation als größere Partikel. Der Hauptnachteil ist jedoch die aus der geringen Partikelgröße resultierende schlechte makroskopische Magnetisierbarkeit, die sich darin äußert, dass die Sedimentation der Partikel in einem Magnetfeld sehr lange dauert. Zum einen kann diese schlechte Abtrennbarkeit auf die geringe Sättigungsmagnetisierung zurückgeführt werden, die aus der geringen Ausdehnung der elementarmagnetischen Domänen resultiert. Zum Zweiten ist der Sedimentationsprozess überlagert von der Brownschen Molekularbewegung, die mit abnehmender Partikelgröße immer deutlicher in Erscheinung tritt. Zur Abhilfe könnten stärkere homogene Magnetfelder eingesetzt werden oder spezielle Hochfeldgradientenabscheider, die beispielsweise für den Einsatz in der Abwasserreinigung konstruiert wurden. Für medizinische Anwendungen sind solche Konzepte allerdings nicht oder nur eingeschränkt verwendbar.
  • Die Auswirkung der schlechten Magnetisierbarkeit sind z. B. lange Prozesszeiten für Separationen, geringe Heizleistung bei Hyperthermieanwendungen und schlechte Dosisverfügbarkeit bei drug targeting.
  • Es wäre daher für viele Anwendungen vorteilhaft, Partikel einzusetzen, die größer und damit besser magnetisierbar sind. Dies ist jedoch mit der beschriebenen Fällungsmethode nicht machbar. Obwohl mit einer speziellen Variante des Massart-Verfahrens Partikel mit einer durchschnittlichen Größe von 20 nm erzeugt werden konnten (Goetze et al., J. Magn. Magn. Mater. 252, 359, 2002), ist diese Methode jedoch nicht besonders vorteilhaft, da die Größenverteilung der erzeugten Teilchen sehr stark schwankt (Polydispersität).
  • Als Alternative zum Massart-Verfahren hat sich bislang nur das erstmals von Sugimoto und Matijevic beschriebene Oxidationsverfahren durchgesetzt (Sugimoto et al., J. Colloid Interface Sci. 74, 227, 1979). Hierbei wird keine stöchiometrische Mischung aus Fe(II) und Fe(III) eingesetzt, sondern nur eine Fe(II)-salzlösung. Dabei wird in alkalischem Medium aus einer Fe(II)-Salzlösung zunächst dunkelgrünes Fe(OH)2 ausgefällt (sog. „green rust”), das anschließend durch ein zugesetztes Oxidationsmittel in der Hitze zu sehr reinem kristallinen Magnetit oxidiert wird. Als Oxidationsmittel wird in der Regel Nitrat eingesetzt, es können jedoch prinzipiell auch andere Oxidationsmittel wie Luftsauerstoff verwendet werden. Die Partikel, die mit dieser Methode gewonnen werden, können durch geeignete Wahl der Reaktionsbedingungen in ihrer Größe in gewissen Grenzen variieren. Sie sind mit durchschnittlich 50–200 nm allerdings wesentlich größer als die bisher beschriebenen und damit auch nicht superparamagnetisch. Da sie extrem gut magnetisierbar sind, eignen sie sich hervorragend für Adsorptions- und Bioseparationsaufgaben, bei denen ein 100%iger Superparamagnetismus nicht notwendig ist.
  • Auch zahlreiche weitere Syntheseansätze wurden in der Literatur beschrieben. So ist es beispielsweise möglich, magnetische Eisenoxidnanopartikel durch laserinduzierte Pyrolyse von Eisenpentacarbonyldämpfen in Ethylen zu synthetisieren (Veintemillas-Verdaguer et al., Mater. Lett. 35, 227, 1998). Andere Autoren beschreiben die partielle Reduktion von Fe2O3 Nanopartikeln mit Wasserstoff. Diese Methoden haben sich jedoch bislang nicht auf breiter Ebene durchgesetzt, da sie erheblich komplizierter in der Durchführung sind.
  • Bislang gibt es keine Methode, die es erlaubt, Eisenoxid-Nanopartikel monodispers in einem variablen Größenordnungsbereich zwischen 10 und 50 nm herzustellen. Insbesondere der Größenbereich 20–40 nm ist mit den bisherigen Verfahren nach Massart und Matijevic nicht zugänglich. Gerade dieser Größenordnungsbereich, in dem der Übergang von Remanenz zum Superparamagnetismus erfolgen sollte, ist aber äußerst interessant. Es wird erwartet, dass die Magnetisierbarkeit und damit die für Hyperthermieanwendung so wichtige Heizleistung im magnetischen Wechselfeld durch den Einsatz größerer Partikel wesentlich erhöht werden kann, ohne auf nicht-superparamagnetische Teilchen zurückgreifen zu müssen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem Nanopartikel in einem variablen Größenordnungsbereich zwischen ca. 10 und 50 nm einfach und möglichst monodispers hergestellt werden können.
  • Es wurde gefunden, dass Nanopartikel in einem variablen Größenordnungsbereich zwischen ca. 10 und 50 nm hergestellt werden können, wenn eine Mischung aus mindestens einem Fe(II)-Salz und mindestens einem Fe(III)-Salz unter alkalischen Bedingungen oxidiert werden. Nach den Erfahrungen aus den bekannten Verfahren, bei denen entweder eine Mischung aus Fe(II)-und Fe(III)-Salzen eingesetzt wird (Massart-Verfahren) oder ein Oxidationsmittel eingesetzt wird (Verfahren nach Matijevic et al.) war zu erwarten, dass eine Kombination zu völlig unkontrollierbaren Reaktionsbedingungen führen würde. Überraschend stellte sich jedoch heraus, dass gerade diese Kombination ein effizientes und sehr leicht kontrollierbares Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln zur Verfügung stellt.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln, gekennzeichnet durch zumindest folgende Verfahrensschritte:
    • a) Herstellung einer basischen Mischung enthaltend mindestens ein Me(II)-Salz, ein Me(III)-Salz und ein Oxidationsmittel, wobei das molare Verhältnis von Me(II) zu Me(III) in der Mischung zwischen 100:1 und 1:1,5 liegt, Me(II) ausgewählt ist aus der Gruppe Fe(II), Co(II), Cr(II) und/oder Mn(II) und Me(III) ausgewählt ist aus der Gruppe Fe(III), Co(III), Cr(III) und/oder Mn(III);
    • b) Temperieren der Mischung für mindestens eine Minute, typischerweise bei einer Temperatur zwischen 0 und 100°C.
    • c) Optional Waschen und/oder Isolieren des entstandenen Niederschlags der Nanopartikel
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die in Verfahrensschritt a) hergestellte Mischung mindestens ein Fe(II)-Salz und mindestens ein Fe(III)-Salz.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die in Verfahrensschritt a) hergestellte Mischung Fe(II)sulfat und Fe(III)nitrat.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Mischung in Schritt a) erzeugt, indem eine Lösung zumindest enthaltend ein Me(II)-Salz und ein Me(III)-Salz gemischt wird mit einer basischen Lösung, die mindestens ein Oxidationsmittel enthält.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Oxidationsmittel in Schritt a) ein Nitratsalz wie Kaliumnitrat, Natriumnitrat oder Ammoniumnitrat eingesetzt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) zwischen 10 Minuten und 4 Stunden bei einer Temperatur zwischen 60 und 90°C temperiert.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberfläche der erhaltenen Nanopartikel in einem zusätzlichen Verfahrensschritt ganz oder teilweise beschichtet oder derivatisiert.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch Nanopartikel herstellbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Nanopartikel einen Durchmesser zwischen 10 und 50 nm.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Nanopartikel in der in der Elektronik z. B. auf dem Gebiet der Informationsspeicherung und der Sensortechnik, als Security Marker, als Ferrofluide z. B. beim Bau von Schwingungsdämpfern und Hochtonlautsprechern, in der Molekularbiologie, Biochemie oder Diagnostik z. B. als Sorbentien zur Abtrennung, Anreicherung oder Aufreinigung von biologischen Molekülen wie Nukleinsäuren oder Proteinen sowie in der Medizin z. B. in der Magnetresonanztomographie (MRI) für magnetisches drug targeting und zur Hyperthermiebehandlung von erkranktem Gewebe.
  • Nanopartikel im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Partikel, die einen Durchmesser unter 80 nm, bevorzugt einen Durchmesser zwischen 10 und 50 nm, aufweisen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Nanopartikel wird eine basische Mischung erzeugt, die zumindest ein Me(II)-Salz und ein Me(III)-Salz enthält sowie mindestens ein Oxidationsmittel. Ein Me(II)-Salz ist erfindungsgemäß ein Salz, das zumindest ein Metallion in der Oxidationsstufe (II) enthält. Ein Me(III)-Salz ist erfindungsgemäß ein Salz, das zumindest ein Metallion in der Oxidationsstufe (III) enthält.
  • Als Me(II)-Salz können beispielsweise Fe(II)-, Co(II)-, Cr(II)- oder Mn(II)-Salze oder Mischungen davon eingesetzt werden. Als Me(III)-Salz können beispielsweise Fe(III)-, Co(III)-, Cr(III)- oder Mn(III)-Salze oder Mischungen davon eingesetzt werden.
  • Bevorzugt weisen Me(II)-Salz und Me(III)-Salz die gleiche Metall-Komponente auf. Besonders bevorzugt werden ein oder mehrere Fe(II)-Salze und ein oder mehrere Fe(III)-Salze eingesetzt.
  • Bevorzugte Fe(II)-Salze sind Fe(II)sulfat, Fe(II)halogenide, insbesondere Fe(II)chlorid, Fe(II)perchlorat, Fe(II)nitrat, Fe(II)carbonat, Fe(II)phosphat, Fe(II)arsenat, Fe(II)oxid, Fe(II)hydroxid, Fe(II)thiocyanat, Fe(II)acetylacetonat, sowie die Fe(II)-Salze organischer Säuren, insbesondere Fe(II)formiat, Fe(II)acetat, Fe(II)citrat, Fe(II)oxalat, Fe(II)fumarat, Fe(II)tartrat, Fe(II)gluconat, Fe(II)-succinat, Fe(II)-lactat, Besonders bevorzugt ist Fe(II)sulfat. Die Salze können neben Fe weitere Kationen enthalten, wie z. B. Ammonium, Natrium oder Kalium.
  • Bevorzugte Fe(III)-Salze sind Fe(III)nitrat, Fe(III)sulfat, Fe(III)halogenide, insbesondere Fe(III)chlorid, Fe(III)perchlorat, Fe(III)phosphat, Fe(III)arsenat, Fe(III)oxid, Fe(III)hydroxid, Fe(III)thiocyanat, Fe(III)acetylacetonat, sowie die Fe(III)salze organischer Säuren, insbesondere Fe(III)formiat, Fe(III)acetat, Fe(III)citrat, Fe(III)oxalat, Fe(II)fumarat, Fe(II)tartrat, Fe(II)gluconat, Fe(II)-succinat, Fe(II)-lactat. Besonders bevorzugt ist Fe(III)nitrat. Die Salze können neben Fe weitere Kationen enthalten, wie z. B. Ammonium, Natrium oder Kalium.
  • Die Me(II)- und Me(III)-Salze werden in der Mischung typischerweise in einer Konzentration zwischen 0,1 mmol/l und 5 mol/l eingesetzt. Bei höheren Konzentrationen kann es durch die ausfallenden Nanopartikel zum Verstopfen der Apparaturen kommen, weil durch den hohen Anteil der Nanopartikel die Mischung nicht mehr ausreichend fließfähig ist. Bevorzugte Konzentrationsbereiche liegen für Me(II)-Salze zwischen 0,05 mol/l und 0,2 mol/l, für Me(III)-Salze zwischen 0, 5 mmol und 0,1 mol/l, wobei jeweils das molare Verhältnis von Me(II) zu Me(III) in der Mischung zwischen 100:1 und 1:1,5 liegen muss.
  • Zur Herstellung der Mischung können die Me(II)-Salze und die Me(III)-Salze zusammen oder getrennt eingebracht werden. Wichtig ist dabei nur, dass die Me-Salz-Lösungen vor Herstellung der Mischung nicht basisch sind, da sich sonst Me-Hydroxide bilden und ausfallen könnten. Bevorzugt liegt der pH-Wert der Me-Salz-Lösungen vor der Mischung zwischen 0 und 7.
  • Als Oxidationsmittel können alle Oxidationsmittel eingesetzt werden, die geeignet stöchiometrisch dosiert werden können. Da dies bei Luftsauerstoff häufig problematisch ist, wird dieser bevorzugt nicht als Oxidationsmittel eingesetzt sondern beispielsweise durch Entgasung der eingesetzten Lösungen mit Stickstoff oder Edelgasen weitgehend eliminiert. Geeignete Oxidationsmittel sind beispielsweise Wasserstoffperoxid, anorganische Peroxoverbindungen wie beispielsweise Peroxide, Hydroperoxide, Peroxodisulfate, Peroxomonosulfate, Peroxoborate, Peroxochromate, Peroxophosphate, Peroxocarbonate, organische Peroxoverbindungen wie beispielsweise Acetonperoxid oder Peroxocarbonsäuren, Chloramin T, Chlorate, Bromate, Iodate, Perchlorate, Perbromate, Periodate, Permanganate, Chromate, Dichromate, Hypochiorite, Chloroxide oder Nitrate. Besonders bevorzugt werden als Oxidationsmittel erfindungsgemäß Nitrate, wie Kaliumnitrat, Natriumnitrat oder Ammoniumnitrat eingesetzt.
  • Die Menge an Oxidationsmittel richtet sich typischerweise nach der Menge des zu oxidierenden Metallsalzes. Ist der Me(III)-Salz-Anteil sehr gering, so wird das Oxidationsmittel bevorzugt in ca. äquimolarer Menge zum Me(II)-Salz eingesetzt. Liegt ein hoher Anteil an Me(III)-Salz vor, so reduziert sich der Anteil an Oxidationsmittel entsprechend. Bei Verwendung milder Oxidationsmittel wie Nitrat kann das Oxidationsmittel auch im Überschuss eingesetzt werden, ohne dass eine Weiteroxidation des Fällungsprodukts erfolgt.
  • Das Oxidationsmittel kann zur Herstellung der Mischung einzeln zugesetzt werden oder vorab mit den Me-Salzen oder der Base gemischt werden.
  • Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Mischung muss basisch sein, d. h. einen pH-Wert > 7 aufweisen, damit die gebildeten Nanopartikel ausgefällt werden. Bevorzugt liegt der pH-Wert der Mischung zwischen pH 9 und 13, besonders bevorzugt zwischen pH 11 und 12. Dazu wird der Mischung in der Regel mindestens eine Base zugesetzt, die den pH-Wert der Mischung schnell entsprechend alkalisch macht. Geeignet sind alle starken Basen, wie z. B. Alkali- oder Erdalkalihydroxide, Amine oder Ammoniak. Bevorzugt wird als Base Natriumhydroxid eingesetzt.
  • Die basische Mischung enthaltend mindestens ein Me(II)-Salz, ein Me(III)-Salz und ein Oxidationsmittel, wobei das molare Verhältnis von Me(II) zu Me(III) in der Mischung zwischen 100:1 und 1:1,5 liegt, Me(II) ausgewählt ist aus der Gruppe Fe(II), Co(II), Cr(II) und/oder Mn(II) und Me(III) ausgewählt ist aus der Gruppe Fe(III), Co(III), Cr(III) und/oder Mn(III), kann auf jede Weise hergestellt werden, bei der sichergestellt ist, dass die Me-Salze vorher keinen Kontakt zu einer Base oder basischen Lösung haben. Typischerweise werden jedoch um eine besonders schnelle Durchmischung aller Komponenten zu erzielen, alle Komponenten zuvor in Lösung gebracht. Dazu wird bevorzugt eine Lösung enthaltend mindestens ein Me(II)-Salz und ein Me(III)-Salz (Me-Salz-Lösung) hergestellt und eine basische Lösung. Das Oxidationsmittel kann der Me-Salz-Lösung oder bevorzugt der basischen Lösung zugesetzt werden.
  • Als Lösungsmittel dient typischerweise Wasser oder Mischungen von Wasser mit wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln. Bevorzugt wird als Lösungsmittel Wasser eingesetzt. Weiterhin können die Lösungen Zusätze, wie z. B. oberflächenaktive Substanzen, enthalten.
  • Um die Eigenschaften der Nanopartikel zusätzlich zu beeinflussen, können der Mischung weiterhin andere Bestandteile, wie z. B. andere Metallsalze, Metalle, Pigmente oder organische Verbindungen, zugesetzt werden.
  • Die Mischung der einzelnen Komponenten (Me-Salze, Oxidationsmittel, Base) erfolgt dann durch Mischung der Lösungen, in denen die Komponenten enthalten sind. Dies kann bei einem Batch-Verfahren in einem Rührkessel oder einer entsprechenden Apparatur erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Mischung in einem kontinuierlichen Verfahren. Dazu werden typischerweise zwei Flüssigkeitsströme erzeugt, die ineinander geführt und so gemischt werden. Dies kann z. B. unter Einsatz eines statischen Mischers oder bevorzugt eines einfachen T- oder Y-Stücks erfolgen. Die Flussraten liegen bei der kontinuierlichen Mischung typischerweise zwischen 50 und 150 mL/min, können aber je nach Dimensionierung der Anlage beliebig vergrößert oder verringert werden.
  • Die Herstellung der Mischung erfolgt typischerweise bei Raumtemperatur.
  • Durch die Herstellung der basischen Mischung enthaltend mindestens ein Me(II)-Salz, ein Me(III)-Salz und ein Oxidationsmittel, wobei das molare Verhältnis von Me(II) zu Me(III) in der Mischung zwischen 100:1 und 1:1,5 liegt, Me(II) ausgewählt ist aus der Gruppe Fe(II), Co(II), Cr(II) und/oder Mn(II) und Me(III) ausgewählt ist aus der Gruppe Fe(III), Co(III), Cr(III) und/oder Mn(III), bildet sich ein Niederschlag der Nanopartikel. Nach der Herstellung der Mischung wird diese temperiert, um die Fällung der Nanopartikel und deren Größenwachstum zu vervollständigen.
  • Das Temperieren kann im Batch-Verfahren im Rührkessel oder einer entsprechenden anderen temperierbaren Apparatur erfolgen. Bei einer kontinuierlichen Verfahrensführung wird die Mischung beispielsweise in ein Temperier-Gefäß (z. B. einen temperierbaren Rührkessel) oder bevorzugt in eine Verweilschleife überführt. Durch Länge und Durchmesser sowie die Fließgeschwindigkeit kann die Verweildauer in Verweilschleife genau festgelegt werden und ist für die gesamte Mischung gleich.
  • Das Temperieren erfolgt typischerweise bei Temperaturen zwischen 0 und 100°C, bevorzugt zwischen 20 und 100°C, besonders bevorzugt zwischen 60 und 90°C.
  • Die Temperierdauer beträgt in Abhängigkeit von der Temperatur (niedrigere Temperaturen bedingen eine längere Temperierdauer) typischerweise zwischen einer Minute und einem Tag, bevorzugt zwischen 10 Minuten und 4 Stunden, besonders bevorzugt zwischen 20 Minuten und einer Stunde.
  • Nach dem Temperieren können die erhaltenen Nanopartikel optional gewaschen, filtriert, zentrifugiert oder auf andere Weise aufgereinigt oder isoliert werden. Typischerweise wird mehrfach mit entsalztem Wasser gewaschen.
  • Genauso können die Nanopartikel direkt oder nach Waschen bzw. Isolierung weiteren Derivatisierungsreaktionen unterzogen werden. Dabei werden die Partikel beispielsweise ganz oder teilweise mit einer Schicht aus Siliciumdioxid ( WO 98/31461 ) oder einem anderen anorganischen Oxid ( EP 0343934 ), einem Polymer wie beispielsweise Polystyrol ( US 4421660 ), Polymethacrylat (Horák et al. Biotechnol. Prog. 17, 447, 2001), Polyvinylalkohol ( WO 97/04862 ) oder Polysiloxan ( US 4985166 ) oder einer natürlichen Komponente wie Dextran ( US 4452773 ) oder Chitosan ( US 5864025 ) belegt. Zur chemischen Anknüpfung von Wirkstoffmolekülen, Antikörpern, Oligonukleotiden, usw. kann diese Beschichtung mit Reaktivgruppen, Ladungsträgern oder ähnlichen Funktionalitäten modifiziert sein (Liu et al. Colloids & Surfaces A 238, 127, 2004). Auch das Aufbringen von Propfpolymerisaten z. B. entsprechend EP 0 337 144 , WO 98/01480 oder WO 2000/011043 ist möglich.
  • Auch eine direkte Derivatisierung der Nanopartikel mit funktionellen Molekülen, wie z. B. Silanen, die Reaktivgruppen, Ladungsträgern oder ähnlichen Funktionalitäten tragen, ist möglich (Kobayashi et al. J. Colloid Interface Sci. 141, 505, 1991). Auch kann die Aggregationsneigung der Nanopartikel z. B. durch die Adsorption oberflächenaktiver Moleküle reduziert werden (Badescu et al. J. Magn. Magn. Mater. 202, 197, 1999).
  • Bevorzugt werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Magnetit-Partikel hergestellt. Diese weisen je nach ihrer Größe superparamagnetische Eigenschaften auf. Eine nachträgliche Oxidation der Magnetit-Nanopartikel liefert Maghämit-Partikel, die ähnliche magnetische Eigenschaften aufweisen. (Cornell, Schwertmann, The Iron Oxides, Wiley-VCH, 2003, S. 402)
  • Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Nanopartikel haben typischerweise einen Durchmesser von < 80 nm; bevorzugt haben sie einen Durchmesser zwischen 10 und 50 nm. Da die Nanopartikel durch die erfindungsgemäße Herstellung schon sehr monodispers erhalten werden, ist zumeist keine weitere Klassierung der Partikel notwendig.
  • Durch die Wahl des Molverhältnisses zwischen Me(II)- und Me(III)-Salzen, kann die Größe der erhaltenen Nanopartikel in sehr engem Bereich eingestellt werden. Je größer der prozentuale Anteil an Me(III) zu dem Gesamtmetallgehalt gewählt wird, desto kleiner werden die erhaltenen Nanopartikel.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Nanopartikel in der in der Elektronik z. B. auf dem Gebiet der Informationsspeicherung und der Sensortechnik, als Security marker, als Ferrofluide z. B. beim Bau von Schwingungsdämpfern und Hochtonlautsprechern, in der Molekularbiologie, Biochemie oder Diagnostik z. B. als Sorbentien zur Abtrennung, Anreicherung oder Aufreinigung von biologischen Molekülen wie Nukleinsäuren oder Proteinen sowie in der Medizin z. B. in der Magnetresonanztomographie (MRI) für magnetisches drug targeting und zur Hyperthermiebehandlung von erkranktem Gewebe.
  • Auch ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, daß ein Fachmann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. Die bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibende, keineswegs als in irgendeiner Weise limitierende Offenbarung aufzufassen.
  • Die vollständige Offenbarung aller vor- und nachstehend aufgeführten Anmeldungen, Patente und Veröffentlichungen ist durch Bezugnahme in diese Anmeldung eingeführt.
  • Beispiele
  • Beispiel 1: Vergleichsbeispiel: Kontinuierliche Herstellung von Magnetit-Nanopartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 80 nm analog Sugimoto et al., J. Colloid Interface Sci. 74, 227, 1979
  • In zwei 2,5 L Glasflaschen werden jeweils 1,5 L VE-Wasser vorgelegt. Der im Wasser gelöste Luftsauerstoff wird durch Einleiten von Stickstoff weitgehend ausgetrieben. Anschließend werden in dem einen Vorlagegefäß 138,2 g Eisen(II)sulfat-Heptahydrat (497 mmol) Wasser gelöst, in dem zweiten 45,9 g Kaliumnitrat (454 mmol) und 56 g Natriumhydroxid (1,4 mol). Die beiden Lösungen werden mit Hilfe zweier Büchi-Kolbenhubpumpen mit einer Flussrate von jeweils 100 mL/min in ein T-Stück gepumpt, welches als statischer Mischer dient. Die austretende Mischung wird in eine 200 m lange Verweilstrecke (Teflonschlauch mit einem Innendurchmesser von 4 mm) geleitet, welche in einem Thermostaten auf 75°C temperiert wird. Die Verweilzeit im Thermostaten beträgt demnach ca. 12 min. Die Mischung wird in einer 5 L Glasflasche aufgefangen und dort abkühlen gelassen.
  • Zur Aufarbeitung wird der schwarze Niederschlag mittels eines Permanentmagneten (Bakker, 200 mT) sedimentiert und der klare Überstand abgegossen. Das Präzipität wird mit 3 L VE-Wasser aufgerührt und die Sedimentation auf die beschriebene Weise mehrfach wiederholt, bis die elektrische Leitfähigkeit des Überstands auf einen Wert von < 200 μS abgesunken ist. Anschließend wird das Produkt wie folgt charakterisiert:
    • 1. Trocknen einer Probe von ca. 0,5 g im Vakuumtrockenschrank bei 100°C und Ermitteln der spezifischen Oberfläche Asp des Magnetits nach der Methode von Brunauer, Emmett und Teller (BET). Anhand der spezifischen Oberfläche und der spezifischen Dichte von Magnetit ρ = 5 g/mL kann näherungsweise der mittlere Partikeldurchmesser D errechnet werden: D = 6/(ρAsp)
    • 2. Anfertigen einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme zur visuellen Charakterisierung.
    • 3. Durchführung einer Magnetisierungsmessung mittels SQUID-Magnetometer.
  • Ergebnisse:
    • spezif. Oberfläche: 15 m2/g
    • errechnete mittlere Partikelgröße: 79 nm
    • magnetische Remanenz: 25 emu/g
  • Da für die Fällung nur Eisen(II)-salz eingesetzt worden war (0% Fe(III), entspricht das Produkt dem nach dem Matijevic-Verfahren hergestellten Magnetit.
  • Beispiel 2: Kontinuierliche Herstellung von Magnetit-Nanopartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 46 nm
  • Der in Beispiel 1 beschriebene Versuchsaufbau wird beibehalten. Es wird jedoch in das eine Vorlagegefäß neben 128,4 g Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat (462 mmol) 9,9 g Eisen(III)-nitrat-Nonahydrat (24 mmol) eingewogen. In das zweite Vorlagegefäß werden anstatt 45,9 g nur 35 g Kaliumnitrat (346 mmol) eingewogen. Die Gesamtmenge an Eisenionen (Fe(II) + Fe(III)) bleibt insgesamt also gleich. Die Menge an Nitrat ist geringfügig reduziert, da etwas weniger Eisen oxidiert werden muss. Der prozentuale Anteil an Fe(III) in Relation zum Gesamteisengehalt liegt bei 5%. Die Durchführung des Versuchs erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben.
  • Ergebnisse:
    • spezif. Oberfläche: 26 m2/g
    • errechnete mittlere Partikelgröße: 46 nm
    • magnetische Remanenz: 25 emu/g
  • Beispiel 3: Kontinuierliche Herstellung von Magnetit-Nanopartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 28 nm
  • Durchführung wie in Beispiel 2 beschrieben, jedoch mit 124,3 g Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat (447 mmol), 20,1 g Eisen(III)-nitrat-Nonahydrat (50 mmol) und 24,2 g Kaliumnitrat (239 mmol). Der prozentuale Anteil an Fe(III) in Relation zum Gesamteisengehalt liegt bei 10%.
  • Ergebnisse:
    • spezif. Oberfläche: 43 m2/g
    • errechnete mittlere Partikelgröße: 28 nm
    • magnetische Remanenz: 6 emu/g
  • Beispiel 4: Kontinuierliche Herstellung von Magnetit-Nanopartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 21 nm
  • Durchführung wie in Beispiel 2 beschrieben, jedoch mit 117,4 g Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat (422 mmol), 30,2 g Eisen(III)-nitrat-Nonahydrat (75 mmol) und 13 g Kaliumnitrat (129 mmol). Der prozentuale Anteil an Fe(III) in Relation zum Gesamteisengehalt liegt bei 15%.
  • Ergebnisse:
    • spezif. Oberfläche: 57 m2/g
    • errechnete mittlere Partikelgröße: 21 nm
    • magnetische Remanenz: 5 emu/g
  • Beispiel 5: Kontinuierliche Herstellung von Magnetit-Nanopartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 18 nm
  • Durchführung wie in Beispiel 2 beschrieben, jedoch mit 110,5 g Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat (397 mmol), 40,2 g Eisen(III)-nitrat-Nonahydrat (99 mmol) und 2 g Kaliumnitrat (20 mmol). Der prozentuale Anteil an Fe(III) in Relation zum Gesamteisengehalt liegt bei 20%.
  • Ergebnisse:
    • spezif. Oberfläche: 65 m2/g
    • errechnete mittlere Partikelgröße: 18 nm
    • magnetische Remanenz: 2 emu/g
  • Beispiel 6: Kontinuierliche Herstellung von Magnetit-Nanopartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 14 nm
  • Durchführung wie in Beispiel 2 beschrieben, jedoch mit 104 g Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat (374 mmol), 50,2 g Eisen(III)-nitrat-Nonahydrat (124 mmol) und 0 g Kaliumnitrat (0 mmol). Der prozentuale Anteil an Fe(III) in Relation zum Gesamteisengehalt liegt bei 25%.
  • Ergebnisse:
    • spezif. Oberfläche: 82 m2/g
    • errechnete mittlere Partikelgröße: 14 nm
    • magnetische Remanenz: < 1 emu/g
  • Beispiel 7: Kontinuierliche Herstellung von Magnetit-Nanopartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 13 nm
  • Durchführung wie in Beispiel 5 beschrieben, jedoch mit 96,7 g Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat (348 mmol) und 60,2 g Eisen(III)-nitrat-Nonahydrat (149 mmol). Der prozentuale Anteil an Fe(III) in Relation zum Gesamteisengehalt liegt bei 30%.
  • Ergebnisse:
    • spezif. Oberfläche: 89 m2/g
    • errechnete mittlere Partikelgröße: 13 nm
    • magnetische Remanenz: nicht gemessen
  • Beispiel 8: Kontinuierliche Herstellung von Magnetit-Nanopartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 11 nm
  • Durchführung wie in Beispiel 5 beschrieben, jedoch mit 90,1 g Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat (324 mmol) und 70,3 g Eisen(III)-nitrat-Nonahydrat (174 mmol). Der prozentuale Anteil an Fe(III) in Relation zum Gesamteisengehalt liegt bei 35%.
  • Ergebnisse:
    • spezif. Oberfläche: 111 m2/g
    • errechnete mittlere Partikelgröße: 11 nm
    • magnetische Remanenz: < 1 emu/g
  • Beispiel 9: Kontinuierliche Herstellung von Magnetit-Nanopartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 8 nm
  • Durchführung wie in Beispiel 5 beschrieben, jedoch mit 69,1 g Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat (248 mmol) und 100,4 g Eisen(III)-nitrat-Nonahydrat (248 mmol). Der prozentuale Anteil an Fe(III) in Relation zum Gesamteisengehalt liegt bei 50%
  • Ergebnisse:
    • spezif. Oberfläche: 155 m2/g
    • errechnete mittlere Partikelgröße: 8 nm
    • magnetische Remanenz: < 1 emu/g
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 98/31461 [0046]
    • - EP 0343934 [0046]
    • - US 4421660 [0046]
    • - WO 97/04862 [0046]
    • - US 4985166 [0046]
    • - US 4452773 [0046]
    • - US 5864025 [0046]
    • - EP 0337144 [0046]
    • - WO 98/01480 [0046]
    • - WO 2000/011043 [0046]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Massart, IEE Trans. Magn. 1981, MAG-17, 1247 [0004]
    • - Goetze et al., J. Magn. Magn. Mater. 252, 359, 2002 [0008]
    • - Sugimoto et al., J. Colloid Interface Sci. 74, 227, 1979 [0009]
    • - Veintemillas-Verdaguer et al., Mater. Lett. 35, 227, 1998 [0010]
    • - Horák et al. Biotechnol. Prog. 17, 447, 2001 [0046]
    • - Liu et al. Colloids & Surfaces A 238, 127, 2004 [0046]
    • - Kobayashi et al. J. Colloid Interface Sci. 141, 505, 1991 [0047]
    • - Badescu et al. J. Magn. Magn. Mater. 202, 197, 1999 [0047]
    • - Cornell, Schwertmann, The Iron Oxides, Wiley-VCH, 2003, S. 402 [0048]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln, gekennzeichnet durch zumindest folgende Verfahrensschritte: a) Herstellung einer basischen Mischung enthaltend mindestens ein Me(II)-Salz, ein Me(III)-Salz und ein Oxidationsmittel, wobei das molare Verhältnis von Me(II) zu Me(III) in der Mischung zwischen 100:1 und 1:1,5 liegt, Me(II) ausgewählt ist aus der Gruppe Fe(II), Co(II), Cr(II) und/oder Mn(II) und Me(III) ausgewählt ist aus der Gruppe Fe(III), Co(III), Cr(III) und/oder Mn(III); b) Temperieren der Mischung für mindestens eine Minute. c) Optional Waschen und/oder Isolieren der entstandenen Nanopartikel
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Verfahrensschritt a) hergestellte Mischung mindestens ein Fe(II)-Salz und mindestens ein Fe(III)-Salz enthält.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Verfahrensschritt a) hergestellte Mischung Fe(II)-sulfat und Fe(III)nitrat enthält.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in Schritt a) erzeugt wird, indem eine Lösung, die zumindest ein Me(II)-Salz und ein Me(III)-Salz enthält, gemischt wird mit einer basischen Lösung, die mindestens ein Oxidationsmittel enthält.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxidationsmittel in Schritt a) ein Nitratsalz eingesetzt wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) zwischen 10 Minuten und 24 Stunden bei einer Temperatur zwischen 60 und 90°C temperiert wird.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der erhaltenen Nanopartikel in einem zusätzlichen Verfahrensschritt ganz oder teilweise beschichtet oder derivatisiert wird.
  8. Nanopartikel herstellbar nach dem Verfahren entsprechend einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Nanopartikel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Durchmesser zwischen 10 und 50 nm haben.
  10. Verwendung der Nanopartikel nach Anspruch 8 oder 9 in der Elektronik, als Security marker, als Ferrofluide, in der Molekularbiologie, Biochemie oder Diagnostik, sowie in der Medizin.
DE200810015365 2008-03-20 2008-03-20 Magnetische Nanopartikel und Verfahren zu deren Herstellung Withdrawn DE102008015365A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810015365 DE102008015365A1 (de) 2008-03-20 2008-03-20 Magnetische Nanopartikel und Verfahren zu deren Herstellung
EP09721342A EP2254838A2 (de) 2008-03-20 2009-02-26 Magnetische nanopartikel und verfahren zu deren herstellung
PCT/EP2009/001356 WO2009115176A2 (de) 2008-03-20 2009-02-26 Magnetische nanopartikel und verfahren zu deren herstellung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810015365 DE102008015365A1 (de) 2008-03-20 2008-03-20 Magnetische Nanopartikel und Verfahren zu deren Herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008015365A1 true DE102008015365A1 (de) 2009-09-24

Family

ID=40983417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200810015365 Withdrawn DE102008015365A1 (de) 2008-03-20 2008-03-20 Magnetische Nanopartikel und Verfahren zu deren Herstellung

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2254838A2 (de)
DE (1) DE102008015365A1 (de)
WO (1) WO2009115176A2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009017943A1 (de) 2009-04-17 2010-10-21 Merck Patent Gmbh Poröse, magnetische Kieselgelformkörper, deren Herstellung und Anwendung
DE102009020208A1 (de) 2009-05-07 2010-11-11 Merck Patent Gmbh Verfahren zum Codieren von Produkten
DE102012014536A1 (de) * 2012-07-21 2014-01-23 Perkinelmer Chemagen Technologie Gmbh Sphärische, magnetisierbare Polyvinylalkohol-Mikropartikel, Verfahren für deren Herstellung, sowie deren Verwendung
DE102015215736A1 (de) 2015-08-18 2017-02-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung von stabil dispergierbaren magnetischen Eisenoxid-Einkern-Nanopartikeln, stabil dispergierbare magnetische Eisenoxid-Einkern-Nanopartikel und Verwendungen hiervon

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ2014524A3 (cs) * 2014-08-01 2015-12-30 Univerzita Pardubice Způsob separace biopolymerních molekul a nosič pro využití při tomto způsobu
CZ201843A3 (cs) * 2018-01-29 2019-08-28 Univerzita Pardubice Způsob pro přípravu magnetického kompozitního nosiče na bázi oxidů kovů pro separaci biomolekul

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4421660A (en) 1980-12-15 1983-12-20 The Dow Chemical Company Colloidal size hydrophobic polymers particulate having discrete particles of an inorganic material dispersed therein
US4452773A (en) 1982-04-05 1984-06-05 Canadian Patents And Development Limited Magnetic iron-dextran microspheres
EP0337144A1 (de) 1988-03-31 1989-10-18 MERCK PATENT GmbH Trennmaterialien
EP0343934A2 (de) 1988-05-24 1989-11-29 Anagen (U.K.) Limited Magnetisch anziehbare Teilchen und Herstellungsverfahren
US4985166A (en) 1987-12-18 1991-01-15 Rhone-Poulenc Chimie Magnetizable composite particles based on cross-linked organopolysiloxane, process for preparation thereof and their application in biology
WO1997004862A1 (de) 1995-07-31 1997-02-13 Mueller Schulte Detlef Magnetische polymerpartikel auf der basis von polyvinylalkohol, verfahren für ihre herstellung und verwendung
WO1998001480A1 (en) 1996-07-10 1998-01-15 Carnegie Mellon University Preparation of novel homo- and copolymers using atom transfer radical polymerization
WO1998031461A1 (en) 1997-01-21 1998-07-23 W.R. Grace & Co.-Conn. Silica adsorbent on magnetic substrate
US5864025A (en) 1997-06-30 1999-01-26 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Method of making magnetic, crosslinked chitosan support materials and products thereof
WO2000011043A1 (de) 1998-08-22 2000-03-02 Boettcher Henrik Verfahren zur herstellung von definierten schichten oder schichtsystemen

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57175734A (en) * 1981-04-21 1982-10-28 Res Inst For Prod Dev Preparation of ultrafine particle of fe3o4
JPS58135135A (ja) * 1982-01-30 1983-08-11 Toda Kogyo Corp 針状晶β−オキシ水酸化鉄粒子粉末の製造法
DE3416988A1 (de) * 1984-05-09 1985-11-14 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Verfahren zur herstellung von feinteiligem isotropem kobalthaltigem ferritpulver
DE3435698A1 (de) * 1984-09-28 1986-04-03 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Verfahren zur herstellung von feinteiligem isotropen ferritpulver mit spinellstruktur
DE3500471A1 (de) * 1985-01-09 1986-07-10 Bayer Ag, 5090 Leverkusen Verfahren zur herstellung von isometrischen magnetischen eisenoxidpigmenten
DE4430285A1 (de) * 1994-08-26 1996-02-29 Basf Ag Hochreine ferromagnetische Eisenoxidpigmente
DE10101769A1 (de) * 2001-01-17 2002-07-18 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von Magnetitteilchen

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4421660A (en) 1980-12-15 1983-12-20 The Dow Chemical Company Colloidal size hydrophobic polymers particulate having discrete particles of an inorganic material dispersed therein
US4452773A (en) 1982-04-05 1984-06-05 Canadian Patents And Development Limited Magnetic iron-dextran microspheres
US4985166A (en) 1987-12-18 1991-01-15 Rhone-Poulenc Chimie Magnetizable composite particles based on cross-linked organopolysiloxane, process for preparation thereof and their application in biology
EP0337144A1 (de) 1988-03-31 1989-10-18 MERCK PATENT GmbH Trennmaterialien
EP0343934A2 (de) 1988-05-24 1989-11-29 Anagen (U.K.) Limited Magnetisch anziehbare Teilchen und Herstellungsverfahren
WO1997004862A1 (de) 1995-07-31 1997-02-13 Mueller Schulte Detlef Magnetische polymerpartikel auf der basis von polyvinylalkohol, verfahren für ihre herstellung und verwendung
WO1998001480A1 (en) 1996-07-10 1998-01-15 Carnegie Mellon University Preparation of novel homo- and copolymers using atom transfer radical polymerization
WO1998031461A1 (en) 1997-01-21 1998-07-23 W.R. Grace & Co.-Conn. Silica adsorbent on magnetic substrate
US5864025A (en) 1997-06-30 1999-01-26 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Method of making magnetic, crosslinked chitosan support materials and products thereof
WO2000011043A1 (de) 1998-08-22 2000-03-02 Boettcher Henrik Verfahren zur herstellung von definierten schichten oder schichtsystemen

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Badescu et al. J. Magn. Magn. Mater. 202, 197, 1999
Cornell, Schwertmann, The Iron Oxides, Wiley-VCH, 2003, S. 402
Goetze et al., J. Magn. Magn. Mater. 252, 359, 2002
Horák et al. Biotechnol. Prog. 17, 447, 2001
Kobayashi et al. J. Colloid Interface Sci. 141, 505, 1991
Liu et al. Colloids & Surfaces A 238, 127, 2004
Massart, IEE Trans. Magn. 1981, MAG-17, 1247
Sugimoto et al., J. Colloid Interface Sci. 74, 227, 1979
Veintemillas-Verdaguer et al., Mater. Lett. 35, 227, 1998

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009017943A1 (de) 2009-04-17 2010-10-21 Merck Patent Gmbh Poröse, magnetische Kieselgelformkörper, deren Herstellung und Anwendung
DE102009020208A1 (de) 2009-05-07 2010-11-11 Merck Patent Gmbh Verfahren zum Codieren von Produkten
DE102012014536A1 (de) * 2012-07-21 2014-01-23 Perkinelmer Chemagen Technologie Gmbh Sphärische, magnetisierbare Polyvinylalkohol-Mikropartikel, Verfahren für deren Herstellung, sowie deren Verwendung
DE102012014536B4 (de) * 2012-07-21 2016-11-24 Perkinelmer Chemagen Technologie Gmbh Sphärische, magnetisierbare Polyvinylalkohol-Mikropartikel, Verfahren für deren Herstellung sowie deren Verwendung
US10059979B2 (en) 2012-07-21 2018-08-28 Perkinelmer Chemagen Technologie Gmbh Spherical, magnetizable polyvinyl alcohol microparticles, methods for their production, and their use
DE102015215736A1 (de) 2015-08-18 2017-02-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung von stabil dispergierbaren magnetischen Eisenoxid-Einkern-Nanopartikeln, stabil dispergierbare magnetische Eisenoxid-Einkern-Nanopartikel und Verwendungen hiervon
US11361886B2 (en) 2015-08-18 2022-06-14 Fraunhofer-Gesellschaft Zurförderung Der Angewandten Forschung E.V. Method for producing stable dispersible magnetic iron oxide single-core nanoparticles, stable dispersible magnetic iron oxide single-core nanoparticles and uses of same

Also Published As

Publication number Publication date
EP2254838A2 (de) 2010-12-01
WO2009115176A3 (de) 2010-01-14
WO2009115176A2 (de) 2009-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1592470C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Ferritpulvern
DE102008015365A1 (de) Magnetische Nanopartikel und Verfahren zu deren Herstellung
Luna et al. Size distribution and frustrated antiferromagnetic coupling effects on the magnetic behavior of ultrafine akaganéite (β-FeOOH) nanoparticles
EP0014902B1 (de) Verfahren zur Herstellung von nadelförmigem kobalthaltigem magnetischem Eisenoxid
CN104091678A (zh) 一种油酸包覆纳米Fe3O4分散于煤油基的磁性液体的制备方法
DE1592250A1 (de) Bestaendige gamma-Eisen(III)-oxyd enthaltende Sole
DE102015118816A1 (de) Superparamagnetische Plättchen, aufgebaut aus Nanomagnetit-Silica-Komposit-Nadeln, mit optischen Farbeffekten in Dispersion
CN101209860B (zh) 水基Fe3O4磁性流体的制备方法
DE60316748T2 (de) Magnetischer Träger für biologische Substanzen, Verfahren zur seiner Produktion und seiner Verwendung zur Isolierung dieser biologischen Substanzen
DE2705967A1 (de) Verfahren zur herstellung von nadelfoermigem kobalthaltigem magnetischem eisenoxid
Mosivand et al. Structural and magnetic characterization of electro-crystallized magnetite nanoparticles under constant current
KR101413958B1 (ko) 다 작용기를 가지는 자성나노입자 제조방법
CN108109805B (zh) 一种由peg调控制得的羧酸型磁性纳米粒子及其应用
DE19654965A1 (de) Dispergierbare Partikel, die supermagnetische/ferromagnetische Kristalle und/oder maßgeschneiderte di-, tri- oder mehr Blockcopolymere enthalten
DE10205332B4 (de) Verfahren zur Herstellung von magnetischen Nanoteilchen
DE19516323C2 (de) Verfahren zur Herstellung von magnetisierbaren Dispersionen und deren Verwendung
DE69012308T2 (de) Verfahren zum Formen von Ferritschichten.
EP0160877B1 (de) Verfahren zur Herstellung von feinteiligem isotropem kobalthaltigem Ferritpulver
Jayanthi et al. A convenient two-step bottom-up approach for developing Au/Fe3O4 nanocomposites with useful optical and magnetic properties
KR20220020290A (ko) 수처리용 자성 기반 가중응집제 및 이의 제조방법
DE19514515C2 (de) Magnetisierbare Dispersionen
DE102009020208A1 (de) Verfahren zum Codieren von Produkten
Sudhakaran et al. Optical band gap characterization of novel nanoscale CBM-CZF composite
DE2045561B2 (de) Verfahren zur herstellung feiner goethitkristalle
Khodadadi et al. Statistical Study for Optimization Magnetic Property of Modified MNPs (𝐅𝐞𝟑𝐎𝟒/𝐏𝐄𝐆 (𝐏𝐕𝐀)) Synthesis by Co-Precipitation Method

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20131001