一种智能的磁性单孔空心纳米球及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001 ]本发明属于无机纳米材料领域，涉及一种磁性单孔空心纳米球及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]随着纳米技术的发展，纳米尺寸的单孔空心球的设计和合成在近年来受到广泛关注，成为化学、医学、材料等学科前沿的热点研究领域。由于其特有的空腔结构，这类空心纳米球具有低密度、高比表面积。并且较大的内部空腔可以用来装载大量的功能及敏感物质，如负载药物分子、催化剂、化妆品、DNA、蛋白质、生化酶等。除此之外，内部空腔也可以作为微反应器，使某些特定的反应在其中发生。另外，由于其具有低密度和高比表面积的特性，具有空腔结构的纳米球还可以用于制备隔热、隔音、低介电常数等材料。最为重要的是，单孔结构作为物质的运输通道，大大缩短了物质的扩散距离，提高纳米空心球的装载及释放速度。因此具有单孔的空心纳米球结构在药物装载及释放、催化、光电、传感器等领域有着广泛的使用前景。
[0003]目前单孔空心纳米球的制备方法主要是硬模板法及溶胀-冷冻干燥法，操作困难，过程繁琐。另外，所使用的壳层材料大多是硅材料及高分子聚合物材料。这些材料一般是惰性的，或者有毒的、生物不相容的，难以赋予单孔空心纳米结构更多的功能属性。磁性Fe3O4纳米颗粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应使得它具有一些特殊的性质，例如超顺磁性、离矫顽力和低居里温度等。这就使得磁性纳米材料作为一种重要的纳米功能材料在工业、生物医药、电子信息等领域具有独特的应用价值。人们发现，当以磁性纳米粒子为组装单元，构筑出级次结构材料，由于各个层次之间的耦合作用及磁性纳米粒子之间的偶极-偶极相互作用，赋予其一系列新颖的磁学行为。但是由于磁性纳米粒子之间的相互作用非常复杂，缺乏自组装的构筑方法，迄今为止，只有一些简单的组装结构，例如纳米团簇、纳米线及纳米环被制备出。鉴于此，以磁性纳米粒子为组装单元，构筑单孔空心纳米球结构，不仅拥有空心结构的装载及运输功能，同时具有磁性纳米粒子的本征属性，赋予载体更多的功能，具有更大的应用价值。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是一种磁性单孔空心纳米球及其制备方法与应用。
[0005]本发明提供了一种纳米球，该纳米球为空心球体；
[0006]所述空心球体的球壁由磁性纳米粒子和聚乙二醇组装而成，且所述球壁表面开有单孔。
[0007]上述纳米球中，构成所述磁性纳米粒子的材料为含有Fe、Co和Ni元素中至少一种的化合物或由Fe、Co和Ni元素中至少两种组成的合金;优选Fe3O^Fe2O3或Co3O4;
[0008]所述磁性纳米粒子的粒径为1-100纳米；
[0009]所述聚乙二醇的重均分子量为2000-20000，具体为2000-10000，更具体为6000。
[0010] 所述单孔的孔径为50-500纳米，具体可为150nm、300nm或400nm ；
[0011 ] 所述纳米球的粒径为100-1000纳米，具体可为650nm ；壁厚为10-100nm，具体可为40nmo
[0012]本发明提供的制备上述纳米球的方法，包括如下步骤:
[0013]I)将分散相和连续相分别注入到微流控芯片中的不同通道中，并使所述分散相和连续相最终混合，由所述微流控芯片的另一端得到单乳液滴体系；
[0014]其中，所述分散相由所述磁性纳米粒子、聚乙二醇和有机溶剂组成；
[0015]所述连续相为表面活性剂的水溶液；
[0016]2)将步骤I)所得单乳液滴体系冷藏，得到双乳液滴体系，再加热除去所述有机溶剂，水洗，得到所述纳米球。
[0017]上述方法的步骤I)中，所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化钱和Tween中的至少一种；
[0018]所述有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和二硫化碳中的至少一种；
[0019]所述磁性纳米粒子、聚乙二醇和有机溶剂的用量比为1-lOOmg: 1-lOOmg: 1-lOOmL，具体为9mg: I Omg: I OmL ；
[0020]所述连续相的质量百分浓度为0.15-1.0%，具体为0.25%。
[0021]所述分散相的注入速率为l-1000ul/min，具体为l-100ul/min，更具体为50ul/min；
[0022]所述连续相的注入速率为0.l-100ml/min，具体为l-10ml/min，更具体为5ml/min;
[0023]所述单乳液滴体系中，单乳液滴的粒径为100nm-300ym，具体为lOOnm-lOym，更具体为7μηι。
[0024]该步骤中，分散相在微流控芯片中与连续相混合后，即被连续相剪切成具有高单分散性的磁性单乳液滴体系。
[0025]所述步骤2)冷藏步骤中，温度为3_10°C，具体为5°C;
[0026]时间为10分钟至5小时，具体为40分钟；
[0027]经过该冷藏步骤，单乳液滴体系即演化成双乳液滴体系。
[0028]所述加热步骤中，温度为5_50°C，具体为15°C;
[0029]时间为10-48小时，具体为24小时。
[0030]构成所述微流控芯片的材质为为聚二甲基硅氧烷、石英、玻璃或不锈钢；
[0031]所述微流控芯片中，通道的形状为T型、L型、Y型或十字交叉型。
[0032]另外，上述本发明提供的纳米球在功能分子和/或药物的装载、可控释放、示踪或热疗中的应用，也属于本发明的保护范围。
[0033 ]本发明以多功能的磁性纳米粒子为组装单元，提供了一种制备简单、成本低的制备方法，用于构筑具有级次结构的、磁性单孔空心纳米球，此结构可被用来作为智能载体，同时实现可控负载和释放，靶向，示踪，磁热疗，多种功能于一体。
[0034]与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果:
[0035]I)本发明所涉及的材料为磁性纳米粒子，因此可赋予单孔空心纳米球更多的功能，例如磁热，可磁控，同时原材料环保无毒，价格低廉。
[0036]2)本发明所制备的单孔空心纳米球的球壁为磁性纳米颗粒紧密堆积而成，因此不仅具备磁性纳米颗粒的本征特性，又存在由纳米结构组合引起的親合与协同效应，磁性能得到较大的提升。
[0037]3)本发明所制备的单孔空心纳米球的单孔孔径可调，磁性能可调，可更方便的用于可控的装载和释放
[0038]4)本发明所制备的单孔空心纳米球具有水溶性，不需要进一步的改性，可直接用于生物领域。
[0039]5)采用微流控方法制得，方法新颖，工艺简单、设备常见、所制备的单孔空心纳米球单分散性良好，粒径可控。
[0040]6)本发明所制备的材料除了能够装载功能分子及药物，还能够实现可控释放，示踪，热疗，可实现材料多功能一体化。
【附图说明】
[0041]图1为本发明实施例1所制备的单孔空心纳米球的透射电子显微镜(TEM)照片、高分辨率透射电镜照片和扫描电子显微镜(SEM)照片。
[0042]图2为本发明实施例2所制备的单孔空心纳米球的透射电子显微镜(TEM)照片。
[0043]图3为本发明实施例3所制备的单孔空心纳米球的透射电子显微镜(TEM)照片。
[0044]图4为本发明实施例1-3所制备的单孔空心纳米球的磁滞回线(M-H曲线)。
[0045]图5为本发明实施例2所制备的单孔空心纳米球对阿霉素(DOX)吸附前后的紫外吸收光谱图。
[0046]图6本发明实施例1所制备的单孔空心纳米球对商业化磁共振造影剂菲立磁的T2加权的磁共振成像效果对比图。
【具体实施方式】
[0047]下面通过具体实施例对本发明方法进行说明，但本发明并不局限于此。
[0048]下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法;所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0049]实施例1: