一种磁性复层微球及其制备方法和应用

本发明涉及材料，特别是涉及一种磁性复层微球及其制备方法和应用。

背景技术：

1、纳米四氧化三铁(n-fe3o4)是一种具有反式尖晶石结构，常见且易制备的磁性材料，由于其具有优异的超顺磁性，在生物医学中被广泛应用于磁共振成像、磁记录材料等，已受到学者广泛关注和研究。但n-fe3o4纳米粒子由于尺寸效应、表面效应、磁偶极子引力等作用，容易团聚，且易被酸腐蚀，往往需要在其表面进行修饰才能满足各种应用的要求。

2、二氧化硅(sio2)具有良好的分散性，在磁性n-fe3o4纳米粒子表面包覆一层sio2后，sio2的电负性能有效地增强粒子之间的排斥作用，同时屏蔽了磁偶极子引力的相互作用，使粒子具有良好的化学稳定性。且sio2表面存在丰富的羟基，可以增强复层粒子表面和各种耦合剂共价联接，使材料进一步功能化。

3、同时，为了满足定向药物缓释载体的应用，通常用不同类型的生物聚合物包覆在微球的表面，增加缓释的性能。聚乳酸(pla)材料是传统聚合物的可持续替代品，在聚乳酸材料中，左旋聚乳酸(plla)更贴近天然聚乳酸的构造，因而在生物体内的生物相容性更好，同时也由于结构上的差异，plla的降解更慢，被广泛应用于医学领域，如药物控释及缓释包装剂、组织工程支架，心血管支架、注射用微胶囊、微球等材料。

4、但尽管如此，在n-fe3o4表面包覆sio2和plla，会使得材料的磁性明显降低，例如在生物定向输送的应用方面时往往需要使用更大的外加磁场，这一缺陷限制了其在各个领域的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种磁性复层微球及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种磁性复层微球，其结构由内自外依次为nd掺杂的fe3o4内核、sio2中间层及聚乳酸外层。

4、作为本发明的进一步优选，所述磁性复层微球的内核部分，nd与fe3o4中fe3+的摩尔比为(0.00～0.20):(3.00～2.80)，且nd不为0。

5、本发明还提供上述磁性复层微球的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将nd3+盐与fe3+盐于溶剂中混合，在氮气保护下加入na2so3，在60-90℃下反应，得到nd掺杂的fe3o4，即fe3o4-nd；

7、(2)将所述fe3o4-nd于溶剂中分散，在氨水存在的条件下加入正硅酸乙酯，实现sio2在所述fe3o4-nd内核表面的包覆，即fe3o4-nd@sio2；

8、(3)将所述fe3o4-nd@sio2和聚乳酸于溶液中混合，得到油相；将聚乙烯醇溶于水中得到水相；将所述油相加入水相中，均质、离心、干燥，得到所述磁性复层微球，即fe3o4-nd@sio2@pla。

9、作为本发明的进一步优选，所述nd3+盐与fe3+盐中，nd3+、fe3+与na2so3的摩尔比为(0.00～0.20):(3.00～2.80):0.5，且nd3+不为0。

10、作为本发明的进一步优选，所述fe3+盐包括fe2(so4)3、fecl3。优选为fe2(so4)3。

11、作为本发明的进一步优选，步骤(1)中反应时间为0.5-2.0h，反应ph值为10-12。

12、作为本发明的进一步优选，步骤(2)体系中，所述fe3o4-nd的浓度为1.0-3.0g/l，所述正硅酸乙酯的浓度为3～10ml/l。

13、作为本发明的进一步优选，步骤(3)所述油相中，pla的浓度为0.02-0.05g/ml；所述水相中聚乙烯醇(pva)的浓度为0.5-2g/ml；步骤(3)中所述fe3o4-nd@sio2和聚乳酸的质量之比为0.2-0.8。

14、作为本发明的进一步优选，步骤(3)中，所述油相加入所述水相后的反应温度为50-60℃，反应时间为3-5h。

15、本发明磁性复层微球更具体的制备方法如下：

16、步骤一：取ndcl3·6h2o、铁盐溶解于去离子水中，将所得溶液置于三口烧瓶中，使用机械搅拌使其完全溶解并混合均匀；在氮气保护下加入na2so3溶液，逐滴加入nh3·h2o调节溶液的ph值在10～12之间，在恒温条件下机械搅拌持续搅拌，再加入表面活性剂持续搅拌一段时间后，使用磁铁分离并用去离子水和无水乙醇洗涤；将上述样品冷冻干燥48h，得到fe3o4-nd粉末；

17、步骤二：取上面冻干后的fe3o4-nd，加入蒸馏水和无水乙醇的混合溶液中，在超声条件下使其分散均匀；加入nh3·h2o，搅拌10min，再加入teos，搅拌6h得到fe3o4-nd@sio2；将上述制备得到的样品使用去离子水和无水乙醇洗涤，烘干，得到fe3o4-nd@sio2粉末；

18、步骤三：取pla溶解于dcm中，加入fe3o4-nd@sio2粉末，超声后得到油相；取pva在溶于去离子水中得到水相；将油相快速加入水相，均质，加入去离子水，持续机械搅拌，反应结束后离心洗涤，干燥8h，得到fe3o4-nd@sio2@pla粉末。

19、步骤一中，加入na2so3之后机械搅拌的搅拌速度为50-100r/min，搅拌时间为4-6min，之后调定搅拌速度为500-800r/min，在整个过程中恒定搅拌的温度为60-90℃。

20、步骤一中，滴加氨水的速度为3～6滴/秒，加入氨水之后恒温搅拌的时间为0.5-2.0h。

21、步骤一中，表面活性剂包括油酸钠，柠檬酸钠，油酸；优选油酸钠。油酸钠的加入量为2-6g/l。

22、步骤二中，体系中fe3o4-nd浓度为1.0-3.0g/l；超声分散的时间为5-20min；去离子水与无水乙醇的体积比可为1：4、1：5、1：6，优选体积比为1：4。正硅酸乙酯用量为6～10ml/l，nh3·h2o添加量为6-10ml/l，所用氨水的浓度为25-28％，加入氨水之后搅拌时间为10-15min，加入teos之后的搅拌时间为5-8h。

23、步骤二中，全程搅拌速度为300-400r/min，样品烘干温度为70℃。

24、步骤三中，油相中pla的浓度为0.02-0.05g/ml，水相中pva的浓度为0.5-2g/ml，fe3o4-nd@sio2与pla的质量之比为0.02-0.8。

25、步骤三中，均质的速度为3000-5000r/min，均质的时间为5-10min，加入的去离子水与水相的体积之比为2-3:1，搅拌的速度为400-600r/min，搅拌的温度为50-65℃，搅拌的时间为3-5h。

26、步骤三中，离心洗涤具体方式为，在5000r/min下离心10min，倒出上清液，用在沉淀中加入去离子水，超声5-10min，然后再离心，至少3次再干燥，干燥温度为50℃，干燥时间为6-8h。

27、本发明还提供上述磁性复层微球在生物医药领域中的应用。

28、本发明采用还原共沉淀法将nd3+通过晶格掺杂的方式掺杂进fe3o4的晶胞内，在反应开始前，先通过还原反应直接制备出合成材料所需的fe2+，减少了fe2+的氧化，合成了磁响应能力比fe3o4高的fe3o4-nd；通过改性的stober法在外包覆一层致密sio2为功能核，再通过溶剂挥发法在最外层包覆一层pla，制备出一种磁性增强的fe3o4-nd@sio2@pla磁性复层微球。

29、本发明以三价铁fe3+为唯一的铁源，采用还原共沉淀法制备掺杂nd3+离子的fe3o4-nd磁性颗粒作为磁芯，防止在反应前二价铁fe2+被氧化，进而使物料之间的比例发生改变。

30、本发明的目的在于提供一种磁性增强的fe3o4-nd@sio2@pla磁性复层微球。首先将nd3+掺杂进n-fe3o4的磁核中来提高磁核的磁性，使磁核在相同数量时具有更高的磁性，再包覆一层致密的sio2做为功能核，最后将pla包覆在功能核外使材料具有缓释性能。

31、本发明公开了以下技术效果：

32、本发明磁性复层微球的制备方法简单，具有操作简便、成本低的特点，解决了fe3o4的磁性因外部包覆功能材料而降低的问题，使其在小磁场下就有较高的磁响应能力。并且，本发明所制备的微球具有缓释性能，可用做药物定向输送载体。

33、本发明制备得到的fe3o4-nd@sio2@pla磁性复层微球磁性相应增强且仍具有超顺磁性，同时具有缓释功能，该特点使其在生物医药领域具有巨大应用前景。