一种金磁核壳纳米粒子的制备方法

专利名称：一种金磁核壳纳米粒子的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米复合材料领域，特别涉及一种金磁核壳纳米粒子(即Fe304@Au (四氧化三铁磁核包被外层金壳)核-壳复合纳米粒子)的制备方 法。
背景技术：
磁性纳米粒子是在近年发展起来的一种新型材料，当磁性纳米颗粒为20 nm以下时，呈现超顺磁性。磁性纳米粒子为生命科学和生物技术提供了多种 可能，在生物分离、耙向给药、热疗及磁共振成像(MRI)对比剂等当面均有 广泛的应用。金纳米粒子具有优良的电学、光学性质和良好的生物相容性，易与生物大 分子(如蛋白质、核酸、肽)稳定结合，在分子识别和生物标记方面有广泛应 用。近年来，纳米金的另外一种独特的物理性质引起了科学界的广泛关注。一 定尺寸的纳米金在近红外区(人体组织的透射窗口)具有强烈吸收，通过吸收体 外的近红外辐射，引起温度升高，使纳米金成为理想的光热转换的药物载体。 纳米金与温敏载药高分子结合后，纳米金可作为加热温敏聚合物的"开关"，使 药物的精确控释成为可能。将磁性粒子与金粒子结合起来的金-磁复合粒子，由于兼具了纳米磁与纳 米金的优点而具有更为广阔的应用前景，目前已成为研究的热点。当前制备 Fe304⑥Au采用的主要方法是原位还原法，即在Fe304的存在下，通过氯金酸 在Fe304表面原位还原，制备得到核壳结构的Fe304@Au磁性复合粒子，所用 的还原剂一般为羟氨，柠檬酸钠，硼氢化纳等还原剂。专利CN101108423公 开了一种利用超声在Fe304粒子表面用柠檬酸钠原位还原金的方法，专 利CN101145425公开了一种在Fe304粒子表面用盐酸羟氨还原金的方法。但 这些方法制备的Fe304⑨Au复合纳米粒子，表面没有可反应的功能性基团，如 果要进一步与其它材料复合，必须对粒子表面重新进行改性。事实上这些粒子的应用也常常局限于将纳米金表面仅仅作为与生物分子结合的载体,对纳米金 的其它性能应用得不够全面。目前，随着生物医学材料的应用与需求不断发展，无机纳米粒子与有机高 分子杂化材料的研究受到越来越多的关注。有机/无机杂化材料兼具了无机粒 子与有机高分子材料各自的优点，在生物相容性、多重响应性以及智能化等方 面都有独特的优势，已成为生物医用材料发展的方向之一。发明内容为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种金磁核壳纳米粒子(即Fe304⑥Au核-壳复合纳米粒子)的制备方法，制备分散性好、 饱和磁化强度高的Fe304@Au核-壳复合粒子，该粒子表面具有可聚合基团， 可为进一步制备无机/有机杂化粒子提供反应平台。该粒子不但具有磁响应功 能，而且可与多种聚合物单体反应，在粒子表面进一步包覆高分子层，这为拓 展复合粒子的应用提供了广泛的可能，在靶向药物控释、热疗、蛋白质与酶的 分离等领域有着广阔的应用前景。本发明首先采用化学共沉淀法制备磁性Fe304纳米粒子，并用硅垸偶联剂 对磁性Fe304粒子表面进行改性，然后以改性的磁性Fe304纳米粒子为种子， 以油胺为还原剂，在超声条件下将金离子在磁性纳米粒子表面还原为单质金， 制备得到Fe304@An核-壳复合纳米粒子。本发明的目的通过下述方案实现 一种金磁复合纳米粒子(即Fe30過Au 核-壳复合纳米粒子)的制备方法，包括下述步骤(1) Fe304纳米粒子的制备将0.80 1.20 g FeCl2*4H20和2.08 2.50 g FeCl3 6H20溶解于80 200rnL水中，通N2脱氧，然后滴加80 120mL碱液， 于7(TC 9(TC下通N2搅拌反应40 60分钟，生成Fe304纳米粒子黑色沉淀； 反应结束后，冷却至室温，磁分离，依次用水、无水乙醇洗涤黑色沉淀后，用 无水乙醇配成10mg/mL分散液。(2) Fe304纳米粒子的表面改性在10 mL上述分散液中加入88 mL醇/水 溶液，超声反应10 30min，加入1 3 mL硅烷偶联剂，2(TC 40'C下搅拌 20 24 h，磁分离，依次用体积百分比为95%乙醇和水洗涤后，用水配成10 mg/mL分散液，得到硅烷偶联剂表面改性的Fe304纳米粒子分散液。(3) Fe304⑥Au复合纳米粒子的制备在步骤(2)中的硅垸偶联剂表面改性的Fe304纳米粒子分散液30 90pL中，加入91 mL超纯水和9 mL浓度为1 mmol/L的HAuCl4溶液，超声反应10 20 min后，加入还原剂3J 6.6pL， 在70 8(TC下继续超声反应l 2.5h，溶液由浅黄色变成紫黑色；离心紫黑色 溶液，水洗磁分离至分离后的上清液呈现无色；真空干燥后，即可制得 Fe304@Au核-壳复合纳米粒子。所述步骤(l)中的碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的一种，碱液浓 度为0.75 mol/L。所述步骤(2)中的醇/水溶液中醇为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种，醇水的体积比为95 : 5;所述步骤(2)中的水为超纯水。所述步骤(3)中的硅垸偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅垸。所述步骤(3)中的还原剂为油胺。所述步骤(3)中的制备方法为超声法。所述步骤(3)中的超声反应的超声波频率为60KHz。由上述方法制备得到的Fe304@Au核-壳复合纳米粒子，该复合粒子分散 性好，磁响应性强，同时粒子表面具有可发生聚合反应的双键。该粒子直径为 30 50nm，饱和磁化强度为6. 8 17.6emu/g，呈现超顺磁性。本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1、 本发明在超声条件下制备了Fe3CM^Au复合纳米粒子，克服了传统方 法成本高、费时、费力的缺陷，具有反应条件温和、成本低、快速、操作简便 的优点。2、 用硅垸偶联剂对Fe304纳米粒子进行表面改性，既解决了磁性Fe304粒 子的分散稳定性问题，又可作为磁性粒子表面还原金的结合位点。3、 本发明中的油胺不但可作为金的还原剂，同时也是复合粒子的稳定剂 以及进一步聚合反应的有机单体，为无机/有机杂化粒子的制备提供了反应平


图1是本发明所制得的Fe304⑥Au核-壳复合纳米粒子的紫外-可见吸收光谱图。图2是本发明所制得的Fe304⑥Au核-壳复合纳米粒子的透射电镜图。 图3是本发明所制得的Fe304⑥Au核-壳复合纳米粒子的磁滞回线图。图4是本发明所制得的Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的X射线光电子能 谱图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方 式不限于此。实施例1一种金磁复合纳米粒子(即Fe304⑥Au核-壳复合纳米粒子)的制备方法， 包括如下步骤(1) Fe304纳米粒子的制备称取0.8gFeCl2'4H2O和2.08gFeCl3'6H20，溶 解于80mLH2O中，通N2脱氧30min，然后滴加0.75 mol/LNaOH溶液80mL 到上述溶液中，于80'C下通N2搅拌反应60分钟，生成黑色沉淀(Fe304纳米 粒子)。反应结束后，冷却至2(TC，磁分离，依次用水、无水乙醇洗涤黑色沉 淀后，用无水乙醇配成10mg/mL分散液。(2) Fe304纳米粒子的表面改性取10mL上述分散液，加入88mL的乙 醇/超纯水溶液(乙醇超纯水的体积比为95 : 5)， 60 KHz下超声10 min， 加入硅垸偶联剂即3-氨丙基三乙氧基硅垸2mL， 2(TC下搅拌24h，磁分离， 依次用95% (体积百分比)的乙醇和超纯水洗涤后，用超纯水配成10mg/mL 分散液，得到硅垸偶联剂表面改性的Fe304纳米粒子分散液。(3) Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的制备取上述硅烷偶联剂表面改性的 Fe304纳米粒子分散液90 pL，加入91mL超纯水，9 mL浓度为1 mmol/L的 HAuCU溶液，60 KHz下超声10min后，加入油胺3.3fiL，在70'C下60KHz 继续超声反应2.5h，溶液由浅黄色变成紫黑色。以8000 rpm离心紫黑色溶液 10min，水洗磁分离3次，至分离后的上清液呈现无色。40。C真空干燥过夜， 制得Fe304@Au核-壳复合纳米粒子。所制得Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的直径为40 nm，饱和磁化强度为 10.2 emu/g。图1为所制得Fe304⑥Au核-壳复合纳米粒子的紫外-可见吸收光谱图，在 554 nm出现金的特征吸收峰。图2为所制得Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的 透射电镜图，可看出粒子的直径为40 nm，分散性好，无团聚。图3所制得Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的磁滞回线图，可知粒子呈现超顺磁性，饱和 磁化强度为10.2 emu/g。图4为所制得的Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的X 射线光电子能谱图，图中出现Fe， O， Au的能谱峰，说明粒子中含有Fe304 和Au，另外C， N能谱峰的出现说明金粒子表面连接了带双键的油胺分子。实施例2一种金磁复合纳米粒子(即Fe30姻Au核-壳复合纳米粒子)的制备方法， 包括如下步骤(1) Fe304纳米粒子的制备称取1.00 g FeCl2*4H20和2.25 g FeCl3'6H20， 溶解于150 mL水中，通N2脱氧30min，然后滴加0.75 mol/L KOH溶液100 mL 到上述溶液中，于7(TC下通N2搅拌反应40分钟，生成黑色沉淀(Fe304纳米 粒子)。反应结束后，冷却至室温，磁分离，依次用水、无水乙醇洗涤黑色沉 淀后，用无水乙醇配成10mg/mL分散液。(2)Fe304纳米粒子的表面改性取10mL上述分散液，加入88mL的甲醇 /超纯水溶液(甲醇超纯水的体积比为95 : 5)， 60KHz下超声10min，加入 硅垸偶联剂即3-氨丙基三乙氧基硅烷lmL， 30 。C下搅拌20h，磁分离，依次 用95% (体积百分比)乙醇和超纯水洗涤后，用超纯水配成10mg/mL分散液， 得到硅垸偶联剂表面改性的Fe304纳米粒子分散液。(3) Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的制备取上述硅烷偶联剂表面改性的 Fe304纳米粒子分散液30fiL，加入91 mL水，9 mL浓度为1 mmol/L的HAuCl4 溶液，60KHz下超声10min后，加入油胺6.6|iL，在7(TC下60 KHz继续超声 反应2h，溶液由浅黄色变成紫黑色。以8000rpm离心紫黑色溶液10min，水 洗磁分离3次，至分离后的上清液呈现无色。4(TC真空干燥过夜，制得 Fe304@Au核-壳复合纳米粒子。所制得Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的直径为45 nm，饱和磁化强度为 8.0 emu/g。实施例3一种金磁复合纳米粒子(即FeA^Au核-壳复合纳米粒子)的制备方法， 包括如下步骤(1) Fe304纳米粒子的制备称取1.20 g FeCl2*4H20和2.50 g FeCl3*6H20，溶解于150 mL水中，通N2脱氧30min,然后滴加0.75 mol/L NaOH溶液100 mL 到上述溶液中，于90'C下通N2搅拌反应50分钟，生成黑色沉淀(Fe304纳米 粒子)。反应结束后，冷却至室温，磁分离，依次用水、无水乙醇洗涤黑色沉 淀后，用无水乙醇配成10mg/mL分散液。(2)Fe304纳米粒子的表面改性取10mL上述分散液，加入88mL的异丙 醇/超纯水溶液(异丙醇超纯水的体积比为95 : 5)， 60KHz下超声10min， 加入硅院偶联剂即3-氨丙基三乙氧基硅烷3mL， 4(TC下搅拌22h，磁分离，用 95% (体积百分比)乙醇和超纯水洗涤后，用超纯水配成10mg/mL分散液， 得到硅烷偶联剂表面改性的Fe304纳米粒子分散液。P) Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的制备取上述硅烷偶联剂表面改性的 Fe304纳米粒子分散液60|iL，加入91 mL水，9 mL浓度为1 mmol/L的HAuCl4 溶液，60KHz下超声20min后，加入油胺3.3(iL，在7(TC下60 KHz继续超声 反应2.5 h，溶液由浅黄色变成紫黑色。以8000 rpm离心紫黑色溶液10 min， 水洗磁分离3次，至分离后的上清液呈现无色。40'C真空干燥过夜，制得 Fe304@Au核-壳复合纳米粒子。所制得Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的直径为33 nm，饱和磁化强度为 16.0 emu/g。实施例4一种金磁复合纳米粒子(即Fe304⑥Au核-壳复合纳米粒子)的制备方法， 包括如下步骤(1) Fe304纳米粒子的制备称取1.10 g FeCl2'4H20和2. 20 g FeCl3'6H20， 溶解于200 mL水中，通N2脱氧后，然后滴加0.75 mol/L NaOH溶液120 mL 到上述溶液中，于90'C下通N2搅拌反应60分钟，生成黑色沉淀(Fe304纳米 粒子)。反应结束后，冷却至室温，磁分离，依次用水、无水乙醇洗涤黑色沉 淀后，用无水乙醇配成10mg/mL分散液。(2)Fe304纳米粒子的表面改性取10mL上述分散液，加入88mL的异丙 醇/超纯水溶液(异丙醇超纯水的体积比为95 : 5)， 60KHz下超声10min， 加入硅烷偶联剂即3-氨丙基三乙氧基硅垸lmL， 3(TC下搅拌24h，磁分离，用 95% (体积百分比)乙醇和超纯水洗涤后，用超纯水配成10mg/mL分散液， 得到硅烷偶联剂表面改性的Fe304纳米粒子分散液。复合纳米粒子的制备取上述硅烷偶联剂表面改性的 Fe304纳米粒子分散液90pL,加入91 mL水，9 mL浓度为1 mmol/L的HAuCl4 溶液，60KHz下超声20min后，加入油胺3.3|tiL，在7(TC下60 KHz继续超声 反应lh，溶液由浅黄色变成紫黑色。以8000rpm离心紫黑色溶液10min，水 洗磁分离3次，至分离后的上清液呈现无色。4(TC真空干燥过夜，制得 Fe304@Au核-壳复合纳米粒子。所制得Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的直径为30 nm，饱和磁化强度为 17.6 emu/g。实施例5一种金磁复合纳米粒子(即Fe304⑥Au核-壳复合纳米粒子)的制备方法， 包括如下步骤(1) Fe304纳米粒子的制备称取0.90 g FeCl2*4H20和2. 40 g FeCl3*6H20， 溶解于100 mL水中，通N2脱氧30min，然后滴加0.75 mol/L NaOH溶液85 mL 到上述溶液中，于9(TC下通N2搅拌反应40分钟，生成黑色沉淀(Fe304纳米 粒子)。反应结束后，冷却至室温，磁分离，依次用水、无水乙醇洗涤黑色沉 淀后，用无水乙醇配成10mg/mL分散液。(2)Fe304纳米粒子的表面改性取10mL上述分散液，加入88mL的乙醇 /超纯水溶液(乙醇超纯水的体积比为95 : 5)， 60KHz下超声10min，加入 硅烷偶联剂即3-氨丙基三乙氧基硅垸1.2 mL， 35'C下搅拌24h，磁分离，用 95% (体积百分比)乙醇和超纯水洗涤后，用超纯水配成10mg/mL分散液， 得到硅烷偶联剂表面改性的Fe304纳米粒子分散液。(3) Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的制备取上述硅烷偶联剂表面改性的 Fe304纳米粒子分散液30|aL，加入91 mL水，9 mL浓度为1 mmol/L的HAuCl4 溶液，60KHz下超声20min后，加入油胺3.3(iL，在8(TC下60 KHz继续超声 反应lh，溶液由浅黄色变成紫黑色。以8000rpm离心紫黑色溶液10min，水 洗磁分离3次，至分离后的上清液呈现无色。4(TC真空干燥过夜，制得 Fe304@Au核-壳复合纳米粒子。所制得Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的直径为38 nm，饱和磁化强度为 12.4 emu/g。10实施例6一种金磁复合纳米粒子(即Fe30過Au核-壳复合纳米粒子)的制备方法， 包括如下步骤(1) Fe304纳米粒子的制备称取1.20 g FeCl2*4H20和2. 40 g FeCl3*6H20， 溶解于100 mL水中，通N2脱氧30min，然后滴加0.75 mol/L NaOH溶液85 mL 到上述溶液中，于90'C下通N2搅拌反应40分钟，生成黑色沉淀(Fe304纳米 粒子)。反应结束后，冷却至室温，磁分离，依次用水、无水乙醇洗涤黑色沉 淀后，用无水乙醇配成10mg/mL分散液。(2)Fe304纳米粒子的表面改性取10mL上述分散液，加入88mL的乙醇 /超纯水溶液(乙醇超纯水的体积比为95 : 5)， 60KHz下超声10min，加入 硅烷偶联剂即3-氨丙基三乙氧基硅烷1.2 mL， 40'C下搅拌24h，磁分离，用 95% (体积百分比)乙醇和超纯水洗涤后，用超纯水配成10mg/mL分散液， 得到硅烷偶联剂表面改性的Fe304纳米粒子分散液。(3) Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的制备取上述硅烷偶联剂表面改性的 Fe304纳米粒子分散液30pL，加入91 mL水，9 mL浓度为1 mmol/L的HAuCl4 溶液，60KHz下超声15min后，加入油胺5. 0 pL，在75 r下60KHz继续 超声反应2 h，溶液由浅黄色变成紫黑色。以8000 rpm离心紫黑色溶液10 min， 水洗磁分离3次，至分离后的上清液呈现无色。4(TC真空干燥过夜，制得 Fe304@Au核-壳复合纳米粒子。所制得Fe304@Au核-壳复合纳米粒子的直径为50 nm，饱和磁化强度为 6.8 emu/g。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种金磁复合纳米粒子的制备方法，其特征在于包括下述步骤(1)Fe3O4纳米粒子的制备将0.80～1.20g FeCl2·4H2O和2.08～2.50gFeCl3·6H2O溶解于80～200mL水中，通N2脱氧，然后滴加80～120mL碱液，于70℃～90℃下通N2搅拌反应40～60分钟，生成Fe3O4纳米粒子黑色沉淀；反应结束后，冷却至室温，磁分离，依次用水、无水乙醇洗涤黑色沉淀后，用无水乙醇配成10mg/mL分散液；(2)Fe3O4纳米粒子的表面改性在10mL上述分散液中加入88mL醇/水溶液，超声反应10～30min，加入1～3mL硅烷偶联剂，20℃～40℃下搅拌20～24h，磁分离，依次用体积百分比为95％乙醇和水洗涤后，用水配成10mg/mL分散液，得到硅烷偶联剂表面改性的Fe3O4纳米粒子分散液；(3)Fe3O4@Au复合纳米粒子的制备在步骤(2)中的硅烷偶联剂表面改性的Fe3O4纳米粒子分散液30～90μL中，加入91mL超纯水和9mL浓度为1mmol/L的HAuCl4溶液，超声反应10～20min后，加入还原剂3.3～6.6μL，在70～80℃下继续超声反应1～2.5h，溶液由浅黄色变成紫黑色；离心紫黑色溶液，水洗磁分离至分离后的上清液呈现无色；真空干燥后，即可制得Fe3O4@Au核-壳复合纳米粒子。
2、 根据权利要求1所述的一种金磁复合纳米粒子的制备方法，其特征在于所述步骤(l)中的碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的一种，碱液浓度为 0.75 mol/L。
3、 根据权利要求1所述的一种金磁复合纳米粒子的制备方法，其特征在于 所述步骤(2)中的醇/水溶液中醇为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种，醇水的体积 比为95 : 5。
4、 根据权利要求1所述的一种金磁复合纳米粒子的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的水为超纯水。
5、 根据权利要求1所述的一种金磁复合纳米粒子的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的硅垸偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅垸。
6、 根据权利要求1所述的一种金磁复合纳米粒子的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的还原剂为油胺。
7、 根据权利要求1所述的一种金磁复合纳米粒子的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的超声反应的超声波频率为60KHz。
8、根据权利要求1所述的一种金磁复合纳米粒子的制备方法，其特征 在于所述制得的Fe304@Au核-壳复合纳米粒子分散性好，磁响应性强， 同时粒子表面具有可发生聚合反应的双键，该粒子直径为30 50 nm，饱和 磁化强度为6.8 17.6emu/g，呈现超顺磁性。
全文摘要
本发明公开了一种金磁复合纳米粒子的制备方法，该制备方法首先采用化学共沉淀法制备磁性Fe₃O₄纳米粒子，并用硅烷偶联剂对磁性粒子表面进行改性，然后以改性的磁性Fe₃O₄纳米粒子为种子，以油胺为还原剂，在超声条件下将金离子在磁性纳米粒子表面还原为单质金，制备得到纳米粒子。该纳米粒子分散性好，磁响应性强，同时粒子表面具有可发生聚合反应的双键。该纳米粒子直径为30～50nm，饱和磁化强度为6.8～17.6emu/g，呈现超顺磁性。该纳米粒子不但具有磁响应功能，而且可与多种功能单体进行聚合反应，在靶向药物控释、热疗、蛋白质与酶的分离等领域有着广阔的应用前景。
文档编号A61K47/02GK101323022SQ200810029399
公开日2008年12月17日 申请日期2008年7月11日 优先权日2008年7月11日
发明者张黎明, 聂立波 申请人:中山大学