專利名稱：一種磁性溫敏納米顆粒的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成方法，具體涉及一種磁性溫敏納米顆粒的合成方法。
背景材料環(huán)境響應(yīng)性聚合物微粒是一類特殊的功能微粒，它們能夠?qū)碜酝獠凯h(huán)境的某些特定刺激(如溫度、pH值、粒子強(qiáng)度、壓力、電場和磁場等)作出快速的反應(yīng)，即具有刺激響應(yīng)性，因此也常常被稱為智能聚合物微粒。由于這些微粒特有的物理、化學(xué)和膠體特性，它們在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用領(lǐng)域都具有非常重大的研究價(jià)值。聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微粒是一種溫敏性聚合物材料，其溫敏性是指微凝膠能對外界溫度變化產(chǎn)生收縮或溶脹，且在低臨界溶解溫度(LowerCritical Solubility Temperature，LCST)附近其體積往往發(fā)生急劇變化。當(dāng)溶液溫度在LCST附近變化時(shí)，微粒的許多性質(zhì)諸如親水性、粒經(jīng)、孔隙、電泳淌度和流變性質(zhì)都發(fā)生變化，PNIPAM微粒的這些性質(zhì)，使其在藥物釋放、生物傳感和生物大分子分離等許多領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景。
磁性聚合物微粒是另一種環(huán)境響應(yīng)性聚合物微粒，它是指通過適當(dāng)?shù)姆椒▽⒂袡C(jī)高分子與無機(jī)磁性物質(zhì)(如一些過渡金屬及其氧化物、稀土金屬及其合金等)結(jié)合起來形成的具有一定磁性及特殊結(jié)構(gòu)的微球。因磁性高分子微球兼具了高分子微球的眾多特性和磁響應(yīng)性，不但能通過共聚及表面改性等方法賦予其表面功能基(如-OH-COOH-CHO-NH2-SH等)，還能在外加磁場作用下迅速分離。磁性聚合物被廣泛用作分離材料和載體，在磁性材料、生物醫(yī)學(xué)、細(xì)胞學(xué)和生物工程、分離工程以及隱身技術(shù)等諸多領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的生命力。合成和研究具有溫敏和磁性雙重響應(yīng)或多種響應(yīng)的高分子微粒，對擴(kuò)大它們的應(yīng)用領(lǐng)域，有效進(jìn)行控制性藥物釋放和生物分子分離有著重要的現(xiàn)實(shí)意義發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種磁性溫敏納米顆粒的合成方法，該合成方法合成具有磁性和溫敏性雙功能性的Fe3O4/PNIPAM磁性溫敏納米粒子，使環(huán)境敏感的聚合物微粒不僅具有單一的刺激響應(yīng)性能，對雙重響應(yīng)的磁性溫敏納米粒子可以進(jìn)行更有效的控制，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，在控制性蛋白質(zhì)、酶的分離、藥物的控制性引導(dǎo)核釋放等方面具有很大的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是該合成方法包括以下步驟(1)在反應(yīng)器中，稱取0.5g-1.5gFeCl3·6H2O與0.10g-0.50gFeCl2·4H2O，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下溶解于200mL二次蒸餾水中，加入0.5-2mL表面活性劑曲通X-100即TritonX-100，在強(qiáng)烈的攪拌下，將1.5mol/L的氨水溶液緩慢滴加入上述鐵鹽的混合溶液中，當(dāng)溶液pH值升高到6～7時(shí)，鐵鹽水解產(chǎn)生大量的黑色Fe3O4晶體粒子，繼續(xù)滴加氨水溶液至pH＝8，使水解趨于完全，在80℃下陳化0.5h，過濾，將制得的Fe3O4固體從溶液中分離出來，用蒸餾水洗滌5次，用丙酮洗滌3次，然后在30℃真空烘箱中烘干，備用；(2)取1g-2g黑色四氧化三鐵粉末加入到已進(jìn)行通氮除氧的100mL濃度為0.05％-1％的檸檬酸銨溶液中，超聲20分鐘，使四氧化三鐵粉末充分分散，獲得均勻的四氧化三鐵的水分散體，然后在50℃-90℃的溫度下，氮?dú)夥諊袛嚢?2h，冷卻至室溫后，用磁鐵將具有磁性的四氧化三鐵產(chǎn)物吸出；(3)將環(huán)己烷、表面活性劑TritonX-100和正乙醇按體積比1-7∶1∶0.5-2混合均勻，然后加入5-40mL的水作為分散相，攪拌5-20min后，形成透明且性質(zhì)穩(wěn)定的油包水乳液；(4)在上述油包水乳液中加入1.5g親水性磁性內(nèi)核材料Fe3O4，攪拌1小時(shí)，完成核殼納米顆粒的成核；(5)將硅烷化試劑TEOS和氨水按體積比1-5∶0.05-1.5加入到微乳液體系中，連續(xù)攪拌20-30h，在氨水的催化下，TEOS逐漸水解，生成Si(OH)4沉淀，并在納米反應(yīng)池中發(fā)生縮聚反應(yīng)形成納米顆粒；(6)將洗滌后的Fe3O4·SiO2復(fù)合粒子分散在含有2.0ml濃度0.05-0.4mol L-1氨水的5-20mL乙醇中，加入過量于復(fù)合粒子2-7倍的MPS硅烷偶聯(lián)劑，室溫下機(jī)械攪拌48h后通過離心的方法洗滌產(chǎn)物以除去雜質(zhì)和未反應(yīng)的MPS及其寡聚物，反復(fù)洗滌5次，然后再用去離子水洗滌5次除去乙醇，最后將洗滌后的Fe3O4·SiO2粒子分散在去離子水中制得20mg mL-1的分散液；(7)將制得的Fe3O4·SiO2粒子的分散液1-20mL加入到含有0.3-0.6gNIPAM、0.04-0.16gMBA和0.012-0.02g過硫酸銨的3-30mL水溶液中，機(jī)械攪拌分散，通氮除氧30min后，升溫至50-80℃，反應(yīng)4h，反應(yīng)過程中體系始終維持氮?dú)夥眨磻?yīng)結(jié)束后通過離心收集并用水洗滌產(chǎn)物；(8)在得到純凈的核殼結(jié)構(gòu)粒子中加入10-35％的氫氟酸溶液，室溫反應(yīng)4h，裝入透析袋中透析，直到水分散液pH＞＝6，最后得到磁性FeO4-PNIPAM微球的水分散液。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)①所合成的Fe3O4/PNIPAM磁性溫敏納米粒子具有磁性和溫敏性雙重響應(yīng)性能；②用檸檬酸銨溶液對Fe3O4粒子的表面進(jìn)行改性，使磁性納米粒子可以通過電荷排斥作用充分分散在溶劑中，從而實(shí)現(xiàn)SiO2對納米粒子的可控包覆；③納米粒子具有核殼結(jié)構(gòu)；④合成方法簡單可靠；⑤由于合成過程中沒有使用乳化劑，因而粒子表面比較清潔；⑥用氫氟酸溶液去除SiO2層，方法簡便易行。


圖1為TEM測試的納米尺度的粒子。
圖2為Fe3O4/PNIPAM的濁度圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1依以下步驟合成磁性溫敏納米顆粒1.稱取0.5gFeCl3·6H2O與0.10gFeCl2·4H2O，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下溶解于200mL二次蒸餾水中，加入0.5mL表面活性劑曲通X-100即TritonX-100，在強(qiáng)烈的攪拌下，將1.5mol/L的氨水溶液緩慢滴加入上述鐵鹽的混合溶液中，當(dāng)溶液pH值升高到6時(shí)，鐵鹽水解產(chǎn)生大量的黑色Fe3O4晶體粒子，繼續(xù)滴加氨水溶液至pH＝8，使水解趨于完全，在80℃下陳化0.5h，過濾，將制得的Fe3O4固體從溶液中分離出來，用蒸餾水洗滌5次，用丙酮洗滌3次，然后在30℃真空烘箱中烘干，備用；(2)取1g黑色四氧化三鐵粉末加入到已進(jìn)行通氮除氧的100mL濃度為0.05％的檸檬酸銨溶液中，超聲20分鐘，使四氧化三鐵粉末充分分散，獲得均勻的四氧化三鐵的水分散體，然后在50℃的溫度下，氮?dú)夥諊袛嚢?2h，冷卻至室溫后，用磁鐵將具有磁性的四氧化三鐵產(chǎn)物吸出；(3)將環(huán)己烷、表面活性劑TritonX-100和正乙醇按體積比1∶1∶0.5混合均勻，然后加入5mL的水作為分散相，攪拌5后，形成透明且性質(zhì)穩(wěn)定的油包水乳液；(4)在上述油包水乳液中加入1.5g親水性磁性內(nèi)核材料Fe3O4，攪拌1小時(shí)，完成核殼納米顆粒的成核；(5)將硅烷化試劑TEOS和氨水按體積比1∶0.05加入到微乳液體系中，連續(xù)攪拌20h，在氨水的催化下，TEOS逐漸水解，生成Si(OH)4沉淀，并在納米反應(yīng)池中發(fā)生縮聚反應(yīng)形成納米顆粒；(6)將洗滌后的Fe3O4·SiO2復(fù)合粒子分散在含有2.0ml濃度0.05mol L-1氨水的5mL乙醇中，加入過量于復(fù)合粒子2倍的MPS硅烷偶聯(lián)劑，室溫下機(jī)械攪拌48h后通過離心的方法洗滌產(chǎn)物以除去雜質(zhì)和未反應(yīng)的MPS及其寡聚物，反復(fù)洗滌5次，然后再用去離子水洗滌5次除去乙醇，最后將洗滌后的Fe3O4·SiO2粒子分散在去離子水中制得20mg mL-1的分散液；(7)將制得的Fe3O4·SiO2粒子的分散液1mL，加入到含有0.3gNIPAM、0.04g MBA和0.012g過硫酸銨的3mL水溶液中，機(jī)械攪拌分散，通氮除氧30min后，升溫至50℃，反應(yīng)4h，反應(yīng)過程中體系始終維持氮?dú)夥?，反?yīng)結(jié)束后通過離心收集并用水洗滌產(chǎn)物；(8)在得到純凈的核殼結(jié)構(gòu)粒子中加入10％的氫氟酸溶液，室溫反應(yīng)4h，裝入透析袋中透析，直到水分散液pH＞＝6，最后得到磁性Fe3O4-PNIPAM微球的水分散液。
如圖1所示，TEM測試表明核殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4/PNIPAM是兩層核殼結(jié)構(gòu)的納米尺度的粒子；如圖2所示，F(xiàn)e3O4/PNIPAM的濁度圖顯示在33℃附近出現(xiàn)了拐點(diǎn)，這與所用溫敏材料N，N-亞甲基雙丙烯酰胺溫度敏感范圍相同，其低臨界溶解溫度為32℃左右，說明Fe3O4/PNIPAM納米粒子具有溫敏性。
實(shí)例2依以下步驟合成磁性溫敏納米顆粒1.稱取1gFeCl3·6H2O與0.3gFeCl2·4H2O，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下溶解于200mL二次蒸餾水中，加入1.2mL表面活性劑曲通X-100即TritonX-100，在強(qiáng)烈的攪拌下，將1.5mol/L的氨水溶液緩慢滴加入上述鐵鹽的混合溶液中，當(dāng)溶液pH值升高到6.5時(shí)，鐵鹽水解產(chǎn)生大量的黑色Fe3O4晶體粒子，繼續(xù)滴加氨水溶液至pH＝8，使水解趨于完全，在80℃下陳化0.5h，過濾，將制得的Fe3O4固體從溶液中分離出來，用蒸餾水洗滌5次，用丙酮洗滌3次，然后在30℃真空烘箱中烘干，備用；(2)取1.5g黑色四氧化三鐵粉末加入到已進(jìn)行通氮除氧的100mL濃度為0.5％的檸檬酸銨溶液中，超聲20分鐘，使四氧化三鐵粉末充分分散，獲得均勻的四氧化三鐵的水分散體，然后在70℃的溫度下，氮?dú)夥諊袛嚢?2h，冷卻至室溫后，用磁鐵將具有磁性的四氧化三鐵產(chǎn)物吸出；(3)將環(huán)己烷、表面活性劑TritonX-100和正乙醇按體積比4∶1∶1.2混合均勻，然后加入22.0mL的水作為分散相，攪拌12min后，形成透明且性質(zhì)穩(wěn)定的油包水乳液；(4)在上述油包水乳液中加入1.5g親水性磁性內(nèi)核材料Fe3O4，攪拌1小時(shí)，完成核殼納米顆粒的成核；(5)將硅烷化試劑TEOS和氨水按體積比3∶0.8加入到微乳液體系中，連續(xù)攪拌25h，在氨水的催化下，TEOS逐漸水解，生成Si(OH)4沉淀并在納米反應(yīng)池中發(fā)生縮聚反應(yīng)形成納米顆粒；(6)將洗滌后的Fe3O4·SiO2復(fù)合粒子分散在含有2.0ml濃度0.25mol L-1的氨水的12mL乙醇中，加入過量于復(fù)合粒子4倍的MPS過量的硅烷偶聯(lián)劑，室溫下機(jī)械攪拌48h后通過離心的方法洗滌產(chǎn)物以除去雜質(zhì)和未反應(yīng)的MPS及其寡聚物，反復(fù)洗滌5次，然后再用去離子水洗滌5次除去乙醇，最后將洗滌后的Fe3O4·SiO2粒子分散在去離子水中制得20mg mL-1的分散液；(7)將制得的Fe3O4·SiO2粒子的分散液10mL，加入到含有0.45g NIPAM、0.08g MBA和0.01g過硫酸銨的15mL水溶液中，機(jī)械攪拌分散，通氮除氧30min后，升溫至65℃，反應(yīng)4h，反應(yīng)過程中體系始終維持氮?dú)夥?，。反?yīng)結(jié)束后通過離心收集并用水洗滌產(chǎn)物；(8)在得到純凈的核殼結(jié)構(gòu)粒子中加入22％的氫氟酸溶液，室溫反應(yīng)4h，裝入透析袋中透析，直到水分散液pH＞＝6，最后得到磁性Fe3O4-PNIPAM微球的水分散液。
實(shí)例3依以下步驟合成磁性溫敏納米顆粒(1)稱取1.5gFeCl3·6H2O與0.50gFeCl2·4H2O，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下溶解于200mL二次蒸餾水中，加入2mL表面活性劑曲通X-100即TritonX-100，在強(qiáng)烈的攪拌下，將1.5mol/L的氨水溶液緩慢滴加入上述鐵鹽的混合溶液中，當(dāng)溶液pH值升高到7時(shí)，鐵鹽水解產(chǎn)生大量的黑色Fe3O4晶體粒子，繼續(xù)滴加氨水溶液至pH＝8，使水解趨于完全，在80℃下陳化0.5h，過濾，將制得的Fe3O4固體從溶液中分離出來，用蒸餾水洗滌5次，用丙酮洗滌3次，然后在30℃真空烘箱中烘干，備用；(2)取2g黑色四氧化三鐵粉末加入到已進(jìn)行通氮除氧的100mL濃度為1％的檸檬酸銨溶液中，超聲20分鐘，使四氧化三鐵粉末充分分散，獲得均勻的四氧化三鐵的水分散體，然后在90℃的溫度下，氮?dú)夥諊袛嚢?2h，冷卻至室溫后，用磁鐵將具有磁性的四氧化三鐵產(chǎn)物吸出；(3)將環(huán)己烷、表面活性劑TritonX-100和正乙醇按體積比7∶1∶2混合均勻，然后加入40mL的水作為分散相，攪拌20min后，形成透明且性質(zhì)穩(wěn)定的油包水乳液；(4)在上述分散相中油包水乳液加入1.5g親水性磁性內(nèi)核材料Fe3O4，攪拌1小時(shí)，完成核殼納米顆粒的成核；
(5)將硅烷化試劑TEOS和氨水按體積比5∶1.5加入到微乳液體系中，連續(xù)攪拌30h，在氨水的催化下，TEOS逐漸水解，生成Si(OH)4沉淀并在納米反應(yīng)池中發(fā)生縮聚反應(yīng)形成納米顆粒；(6)將洗滌后的Fe3O4·SiO2復(fù)合粒子分散在含有2.0ml濃度0.4mol L-1的氨水的20mL乙醇中，加入過量于復(fù)合粒子7倍的MPS硅烷偶聯(lián)劑，室溫下機(jī)械攪拌48h后通過離心的方法洗滌產(chǎn)物以除去雜質(zhì)和未反應(yīng)的MPS及其寡聚物，反復(fù)洗滌5次，然后再用去離子水洗滌5次除去乙醇，最后將洗滌后的Fe3O4·SiO2粒子分散在去離子水中制得20mgmL-1的分散液；(7)將制得的Fe3O4·SiO2粒子的分散液20mL，加入到含有0.6g NIPAM、0.16g MBA和0.02g過硫酸銨的30mL水溶液中，機(jī)械攪拌分散，通氮除氧30min后，升溫至80℃，反應(yīng)4h，反應(yīng)過程中體系始終維持氮?dú)夥?，反?yīng)結(jié)束后通過離心收集并用水洗滌產(chǎn)物；(8)在得到純凈的核殼結(jié)構(gòu)粒子中加入35％的氫氟酸溶液，室溫反應(yīng)4h，裝入透析袋中透析，直到水分散液pH＞＝6，最后得到磁性Fe3O4-PNIPAM微球的水分散液。
權(quán)利要求
1.一種磁性溫敏納米顆粒的合成方法，該合成方法包括以下步驟(1)稱取0.5g-1.5gFeCl3·6H2O與0.10g-0.50gFeCl2·4H2O，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下溶解于200mL二次蒸餾水中，加入0.5-2mL表面活性劑曲通X-100，在強(qiáng)烈的攪拌下，將1.5mol/L的氨水溶液緩慢滴加入上述鐵鹽的混合溶液中，當(dāng)溶液pH值升高到6～7時(shí)，鐵鹽水解產(chǎn)生大量的黑色Fe3O4晶體粒子，繼續(xù)滴加氨水溶液至pH＝8，使水解趨于完全，在80℃下陳化0.5h，過濾，將制得的Fe3O4固體從溶液中分離出來，用蒸餾水洗滌5次，用丙酮洗滌3次，然后在30℃真空烘箱中烘干，備用；(2)取1g-2g黑色四氧化三鐵粉末加入到已進(jìn)行通氮除氧的100mL濃度為0.05％-1％的檸檬酸銨溶液中，超聲20分鐘，使四氧化三鐵粉末充分分散，獲得均勻的四氧化三鐵的水分散體，然后在50℃-90℃的溫度下，氮?dú)夥諊袛嚢?2h，冷卻至室溫后，用磁鐵將具有磁性的四氧化三鐵產(chǎn)物吸出；(3)將環(huán)己烷、表面活性劑TritonX-100和正乙醇按體積比1-7∶1∶0.5-2混合均勻，然后加入5-40mL的水作為分散相，攪拌5-20min后，形成透明且性質(zhì)穩(wěn)定的油包水乳液；(4)在上述分散相中油包水乳液加入1.5g親水性磁性內(nèi)核材料Fe3O4，攪拌1小時(shí)，完成核殼納米顆粒的成核；(5)將硅烷化試劑TEOS和氨水按體積比1-5∶0.05-1.5加入到微乳液體系中，連續(xù)攪拌20-30h，在氨水的催化下，TEOS逐漸水解，生成Si(OH)4沉淀并在納米反應(yīng)池中發(fā)生縮聚反應(yīng)形成納米顆粒；(6)將洗滌后的Fe3O4·SiO2復(fù)合粒子分散在含有2.0ml濃度0.05-0.4mol L-1的氨水的5-20mL乙醇中，加入過量于復(fù)合粒子2-7倍的MPS過量的硅烷偶聯(lián)劑，室溫下機(jī)械攪拌48h后通過離心的方法洗滌產(chǎn)物以除去雜質(zhì)和未反應(yīng)的MPS及其寡聚物，反復(fù)洗滌5次后，然后再用去離子水洗滌5次除去乙醇，最后將洗滌后的Fe3O4·SiO2粒子分散在去離子水中制得20mg mL-1的分散液；(7)將制得的Fe3O4·SiO2粒子的分散液1-20mL，加入到含有0.3-0.6gNIPAM、0.04-0.16gMBA和0.012-0.02g過硫酸銨的3-30mL水溶液中，機(jī)械攪拌分散，通氮除氧30min后，升溫至50-80℃，反應(yīng)4h，反應(yīng)過程中體系始終維持氮?dú)夥眨磻?yīng)結(jié)束后通過離心收集并用水洗滌產(chǎn)物；(8)在得到純凈的核殼結(jié)構(gòu)粒子中加入10-35％的氫氟酸溶液，室溫反應(yīng)4h，裝入透析袋中透析，直到水分散液pH＞＝6，最后得到磁性Fe3O4-PNIPAM微球的水分散液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁性溫敏納米顆粒的合成方法，F(xiàn)eCl
文檔編號C08K3/22GK1995144SQ20061016647
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者仲慧, 張莉莉, 丁漣沭, 趙宜江, 李康, 張維光, 徐繼明 申請人:淮陰師范學(xué)院