專利名稱：錨定在Fe₃O₄納米粒子表面上的方法及聚合物-Fe₃O₄雜化磁性納米粒子制備方法
技術領域：
發(fā)明涉及磁性材料領域，特別涉及到一種以聚合物為殼、納米Fe304為核的雜化磁性 納米粒子的制備方法。
背景技術：
超順磁性納米粒子在靶向給藥、核磁共振成像顯影劑、熱療、生物分離等生物醫(yī)藥領 域有廣泛的應用。眾多磁性納米粒中，納米Fe403由于具有磁性強、制備相對簡單而且生 物相容性好等特點，最為引人注目。由于磁性納米粒子比表面積很大，易于團聚而導致納 米效應所產(chǎn)生的性能消失，而且磁性粒子只有當其具有納米結構、較強的超順磁性、較均 一的粒徑、水溶性和穩(wěn)定性才能夠在生物技術領域應用。在磁性納米粒子接枝聚合物進行 表面修飾，能夠比較好地解決上述應用困難，而且能夠更進一步賦予磁性納米粒子的多功 能性。聚合物通過化學修飾或者物理包覆納米粒子是常用的修飾納米粒子的方法?；瘜W修 飾法包括"Grafting to"和"Grafting from"兩種方法；"Grafting to"方法使用預先合成好 的末端帶有功能基團的聚合物，與納米粒子表面的反應性基團通過化學反應或者交換反應， 接枝到納米粒子表面；"Grafting from"方法(又稱表面引發(fā)聚合法)是把引發(fā)劑或者鏈轉 移劑等小分子先引入到納米粒子表面，再原位引發(fā)單體聚合，從而實現(xiàn)納米粒子表面聚合 物接枝改性。Grafting to法雖然簡單，但由于聚合物的空間位阻效應而導致接枝密度較低， 而Grafting from法是小分子單體在納米粒子上的聚合反應，空間位組較小，因此能達到比 較高的接枝密度。
在用Grafting from法對納米粒子進行聚合物接枝改性時，如果采用傳統(tǒng)的接枝聚合技 術，不能有效控制殼層聚合物的分子量和分子量分布，相應地納米粒子上聚合物殼層的厚 度也是不可控的，同時還會生成游離的聚合物(不是接在納米粒子表面上)。以上問題可通 過活性聚合技術得以解決，活性聚合特別是活性自由基聚合是合成具有精確分子尺寸和復 雜結構聚合物最有效的手段。在已有的活性自由基聚合體系中，可逆加成-斷裂鏈轉移 (RAFT)聚合由于適用單體范圍廣泛、聚合反應條件溫和，較氮氧調(diào)節(jié)自由基聚合、原子轉移自由基聚合等具有更強的分子設計能力。
在納米粒子表面進行RAFT活性聚合的關鍵是設法將RAFT鏈轉移劑(或稱RAFT試 劑)引入到納米粒子表面，已報道的方法通常是通過化學耦聯(lián)法引入，但是這種方法涉及 多步化學反應，制備和后處理過程繁瑣，操作復雜。對于Fes04磁性納米粒子而言，在其 表面引入RAFT試劑的方法還未見報道。因此，尋求簡單的方法把RAFT試劑引入到Fe304 納米粒子表面，再原位引發(fā)單體聚合，從而實現(xiàn)Fe304納米粒子表面聚合物接枝改性，將 具有重要的實際應用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種操簡單易行的新方法，在Fe304 納米粒子上引入一種RAFT試劑，再原位引發(fā)乙烯基單體活性可控自由基聚合，制備以聚 合物為殼、納米Fe304為核的雜化磁性納米粒子。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案如下將1^ 丁鏈轉移劑5-/-十二垸基-5'-(0^'-二甲基-ot〃-乙羧基)三硫代碳酸酯(DDMAT)與油酸穩(wěn)定的納米Fe304發(fā)生配體交換反應，把 DDMAT引入納米Fe304表面，獲得錨固RAFT試劑的Fe304納米粒子(Fe304-DDMAT)， 隨后以此為RAFT試劑，在自由基聚合引發(fā)劑存在下進行苯乙烯(St)或M異丙基丙烯酰胺 (NIPAM)聚合。以聚iV-異丙基丙烯酰-Fe304雜化磁性納米粒子為例，反應式可表示如下
s
^""^p HOOCC(CH3)2S—C-SC12H25 ^""^ 、
^^^')"(CH2)7CH:CH(CH2)7CH3 - ^^'')"C(CH3)2S、r,S、r H
^i!F((/ 配體交換 s e12H25
s
油酸穩(wěn)定的Fe304納米粒子 Fe304-DDMAT
上述通過RAFT試劑DDMAT與油酸穩(wěn)定的納米Fe3CM司的配體交換反應，合成納米 Fe304-DDMAT，具體包括以下步驟
(1)按文獻C4肌Soc., 2004,126,273)合成油酸穩(wěn)定的納米Fe304。
4
NIPAM RAFT聚合
h^S —C —S_C12H2S 5V
,O
M3u -CH3 聚/V-異丙基丙烯酰-Fe304雜化磁性納米粒子(2) 按文獻(Af"tromo/ecMfey, 2002,35, 6754)合成RAFT試劑DDMAT。
(3) 將計量的油酸穩(wěn)定的納米Fe304和DDMAT加入反應器，以l,2-二氯苯為溶劑，在 80°(:下進行交換反應，反應時間為24 48小時。
(4) 反應物冷卻后在甲醇中沉淀，磁分離得到納米Fe304-DDMAT。 上述以納米Fe304-DDMAT為RAFT試齊U，在納米Fe304表面原位引發(fā)St或NIPAM聚合，合
成聚合物為殼、納米Fe304為核的雜化磁性納米粒子，具體包括以下步驟
(1) 將計量的納米Fe304-DDMAT、偶氮二異丁氰(AIBN)、單體(St或NIPAM)、四氫 呋喃溶劑加入干燥的安培管中。其中，AIBN濃度為l.428xl(T3 (mol/L); Fe304-DDMATg AIBN的摩爾比為10: 1~2: 1;單體濃度為2 (mol/L)。
(2) 經(jīng)液氮冷凍-抽真空-解凍循環(huán)三次除氧，真空熔封。
(3) 在油裕中進行聚合反應，最佳聚合溫度為65。C;聚合時間為2 72小時。
(4) 反應物冷卻后加乙醚分散，磁分離得到雜化磁性納米粒子。
本發(fā)明的有益效果與目前廣泛采用的多步化學偶聯(lián)法相比，本發(fā)明通過含羧基的 RAFT試齊ijDDMAT與油酸穩(wěn)定的納米Fe304之間的配體交換反應，把RAFT試齊UDDMAT錨定 在納米Fe304表面，該過程只需要一步反應，條件溫和，操作簡單，且未改變Fe304粒子的 粒徑、超順磁性等特性。進一步，在帶有DDMAT的Fe304納米粒子表面上進行原位RAFT聚 合，得到的核殼磁性納米粒子，解決了納米粒子的分散性問題，并可以通過控制聚合時間 來控制聚合物殼層的厚度。尤其是采用NIPAM在Fe304納米粒子表面進行RAFT聚合，可以 得到溫度敏感的超順磁性納米粒子，在生物分離領域具有重要的應用價值。


圖1是Fe304納米粒子通過配體交換反應錨定DDMAT前后的紅外譜圖。 圖2是Fe304納米粒子通過配體交換反應錨定DDMAT前后的熱失重圖。
具體實施例方式
實施例l:納米Fes04-DDMAT制備
在干燥的反應器中，將200mg油酸穩(wěn)定的納米Fe304 (10nm)分散在20ml 1,2-二氯苯 中，然后加入2gDDMAT，加熱到80。C攪拌24小時后，將反應液倒入200ml甲醇中，磁 分離得到棕色沉淀物。用甲醇洗滌粗產(chǎn)物三次，以除去未反應的DDMAT，真空干燥，獲 得錨固DDMAT的Fe3CU納米粒子(納米Fe3CVDDMAT)。
圖l是Fe304納米粒子通過配體交換反應錨定DDMAT前后的紅外譜圖。交換后的紅外 譜圖中，在1170 cn^處出現(xiàn)了DDMAT所帶-C(CH3)2-的骨架震動吸收峰；而交換前Fe304納米粒子表面的油酸所帶的C-C的伸縮震動吸收峰基本消失，證明DDMAT被成功地錨定 在Fe304納米粒子表面。
圖2是Fe304納米粒子通過配體交換反應錨定DDMAT前后的熱失重圖。同交換前納米 粒子的熱失重曲線對比可知，150到250 。C的熱失重區(qū)間對應于DDMAT的熱失重，經(jīng)計算 納米粒子中DDMAT的含量為 3.57xl0^mol/g納米粒子。
實施例2:聚TV-異丙基丙烯酰-Fe304雜化磁性納米粒子制備
在干燥的安培管中，將200mg納米Fe3O4-DDMAT分散在10mL四氫呋喃中，然后加入 L85g 7V-異丙基丙烯酰A^異丙基丙烯酰和1.17mg AIBN。進行"冷凍-脫氣-解凍"循環(huán)三次 后封管，在65。C下聚合10小時，反應液用10mL四氫呋喃稀釋后再加入200mL無水乙醚， 形成一懸浮液，用磁分離得到聚W-異丙基丙烯酰-Fe304雜化磁性納米粒子。所得雜化磁性 納米粒子的飽和磁化強度為22.36emu/g。雜化磁性納米粒子能夠穩(wěn)定地分散在水中，動態(tài) 光散射測得分散液中粒子的粒徑為145nm，水分散液很穩(wěn)定，5。C下保存6個月無任何變化。 水分散液呈現(xiàn)出溫度敏感性，最低相轉變溫度為32。C。聚M異丙基丙烯酰-Fe304雜化磁性 納米粒子中，聚W-異丙基丙烯酰與Fe304的質(zhì)量比為5.8，用冰醋酸把Fe304破壞后得到殼層 聚W-異丙基丙烯酰，其數(shù)均分子量為15630，分子量分布為1.28。
實施例3:聚苯乙烯-Fe304雜化磁性納米粒子制備
在干燥的安培管中，將200mg納米Fe3O4-DDMAT分散在10 mL四氫呋喃中，然后加入 2.6g苯乙烯和2.34mg AIBN。進行"冷凍-脫氣-解凍"循環(huán)三次后封管，在65。C下聚合47 小時，反應液用10 mL四氫呋喃稀釋后再加入200 mL無水乙醚，形成一懸浮液，用磁分離 得到聚苯乙烯-Fe304雜化磁性納米粒子。所得雜化磁性納米粒子的飽和磁化強度為 11.68emu/g。雜化磁性納米粒子能夠穩(wěn)定地分散在常見有機溶劑如四氫呋喃中，動態(tài)光散 射測得四氫呋喃分散液中粒子的粒徑為60nm，分散液很穩(wěn)定。聚苯乙烯-Fe304雜化磁性納 米粒子中，聚苯乙烯與Fe304的質(zhì)量比為9.5，用冰醋酸把Fe304破壞后得到殼層聚苯乙烯， 其數(shù)均分子量為25530，分子量分布為1.31。
權利要求
1、一種將RAFT鏈轉移劑錨定在Fe3O4納米粒子表面上的方法，其特征是通過RAFT鏈轉移劑與納米Fe3O4之間的配體交換反應，把RAFT鏈轉移劑錨定在納米Fe3O4表面。
2、 如權利要求1所述的方法，其特征是所用的RAFT鏈轉移劑為5*-/沖二垸基-5' -二甲基-ot〃-乙羧基)三硫代碳酸酯，其結構式如式(I )。<formula>formula see original document page 2</formula>
3、 如權利要求l所述的方法，其特征是所用Fe304納米粒子表面錨定有油酸，其結構式其結構式如式(n)。<formula>formula see original document page 2</formula>
4、 如權利要求1所述的方法，其特征是配體交換反應的溫度為80°C，溶劑為1,2-二氯苯，反應時間為24~48小時。
5、 一種聚合物-Fe304雜化磁性納米粒子的制備方法，其特征是在錨定有RAFT鏈轉移劑的Fe304納米粒子上，在引發(fā)劑存在下，原位引發(fā)乙烯基單體的自由基聚合反應，獲得以聚合物為殼、納米Fe304為核的雜化磁性納米粒子。
6、 如權利要求5所述的方法，其特征是所用乙烯基單體為苯乙烯或iV-異丙基丙烯酰胺。
7、 如權利要求5所述的方法，其特征是所用引發(fā)劑為偶氮二異丁氰，聚合反應的溶劑為四氫呋喃，聚合反應溫度為65°(:，聚合反應時間為2 72小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種將RAFT鏈轉移劑錨定在Fe₃O₄納米粒子表面上的方法及聚合物-Fe₃O₄雜化磁性納米粒子制備方法。本發(fā)明通過RAFT鏈轉移劑與納米Fe₃O₄之間的配體交換反應，把RAFT鏈轉移劑S-1-十二烷基-S′-(α，α′-二甲基-α″-乙羧基)三硫代碳酸酯(DDMAT)錨定在納米Fe₃O₄表面，該過程只需要一步反應，條件溫和、操作簡單，且未改變Fe₃O₄粒子的粒徑。進一步，在帶有DDMAT的Fe₃O₄納米粒子上，原位引發(fā)乙烯基單體的活性可控自由基聚合，獲得聚合物-Fe₃O₄雜化磁性納米粒子。本發(fā)明選擇苯乙烯和N-異丙基丙烯酰胺二種乙烯基單體，由前者得到的雜化磁性納米粒子可溶于有機溶劑；由后者得到的雜化磁性納米粒子可溶于水，且具有溫度敏感性。
文檔編號H01F1/00GK101630554SQ20091004038
公開日2010年1月20日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權日2009年6月19日
發(fā)明者江 盧, 徐文烈, 暉 梁, 肖中鵬 申請人:中山大學