專利名稱：一種高穩(wěn)定性磁性功能顆粒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，公開(kāi)了一種高穩(wěn)定性磁性功能顆粒及其制備方法。
背景技術(shù)：
磁性功能顆粒不僅具有納米材料優(yōu)越的表面性質(zhì)，還對(duì)磁場(chǎng)有感應(yīng)，這使得它們?cè)诨瘜W(xué)、物理、生物醫(yī)學(xué)、電子材料以及傳感器等諸多方面的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的關(guān)注。高穩(wěn)定性的磁性功能顆粒，可作為磁控載體應(yīng)用于諸多方面，如磁性分離、催化、藥物緩釋、靶標(biāo)控制以及作為一種表征方式用于生物傳感等。磁性功能顆粒作載體，運(yùn)用生物分子特異性親和作用原理，將親和配基偶聯(lián)在磁性分離載體表面，在外加磁場(chǎng)的定向控制下，通過(guò)親和吸附、清洗和解吸等操作，可以一步從復(fù)雜的原始生物體系中直接分離出目標(biāo)生物分子，具有磁性分離的簡(jiǎn)單方便和親和分離的高選擇性雙重優(yōu)勢(shì)。目前已在細(xì)胞分離、免疫檢測(cè)、固定化酶及親和分離等諸多方面加以應(yīng)用。靶向治療的目的是提高治療部位的藥物濃度，降低不良反應(yīng)，減少藥物用量，提高藥物的安全性，有效性和病人的順從性。惡性腫瘤的磁靶向藥物控制釋放治療是將藥物與適當(dāng)?shù)拇呕钚猿煞峙渲迷谒幬镝尫畔到y(tǒng)中，在外磁場(chǎng)作用下載藥粒子定位于釋放于腫瘤集中部位，從而達(dá)到提高藥物治療效果的目的。磁性功能顆粒的每個(gè)顆?？杀豢醋饕粋€(gè)單磁疇，具有磁響應(yīng)性，在恒定磁場(chǎng)下粒子可以定向定位快速移動(dòng)到靶部位，從而可進(jìn)一步縮短藥物定向富集的時(shí)間，這是磁性功能顆粒應(yīng)用于磁性分離、組織工程和腫瘤靶向治療的基礎(chǔ)。在交變磁場(chǎng)作用下，可 以產(chǎn)生熱效應(yīng)，可以更好地控制靶向藥物的釋放，被認(rèn)為是一種比較理想的藥物載體，同時(shí)也是腫瘤熱療的基礎(chǔ)。近年來(lái)，有人將化學(xué)發(fā)光與納米技術(shù)相結(jié)合，提出了化學(xué)發(fā)光磁酶免疫分析法，該辦法將磁性分離技術(shù)、免疫學(xué)辦法與化學(xué)發(fā)光檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合。磁性功能顆粒表面連有可結(jié)合蛋白質(zhì)的功能屢團(tuán)，將活性蛋白質(zhì)(如抗體)包覆在磁性功能顆粒上，與具自有抗原性的物質(zhì)作用，形成磁珠-抗體-抗原復(fù)合物，在磁場(chǎng)力的作用下，復(fù)合物與其他物質(zhì)分離。然后利用可以催化AMPro分解的ALP標(biāo)記抗體，在免疫反慮后加入AMPPD，產(chǎn)生光信號(hào)，檢測(cè)信號(hào)從而達(dá)到檢測(cè)待測(cè)抗原含量的目的。通過(guò)上述應(yīng)用可以看到，高穩(wěn)定性磁性功能顆粒性能穩(wěn)定，毒副作用小，具有良好的生物相容性，且在血液中分散性高，是最具應(yīng)用前景的生物材料之一。制備出高穩(wěn)定性磁性功能顆粒意義重大?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)磁性功能顆粒的制備方法主要包括以下幾種:1.微乳液法微乳液法是近幾年發(fā)展起來(lái)的制備超微粒子的一種有效方法。所謂微乳液是指熱力學(xué)上穩(wěn)定分散的2種互不相溶的液體所組成的宏觀均一而微觀上不均勻的混合物，通常需要加入表面活性劑、助表面活性劑等，以促使水包油或油包水型微乳液的形成。此法所得的產(chǎn)物除粒徑小、分布均勻。2.共沉淀法共沉淀法是指在含兩種或兩種以上陽(yáng)離子的溶液中加入沉淀劑后，所有離子完全沉淀的方法。摩爾比為1: 2的二價(jià)和三價(jià)鐵鹽溶液中滴加堿液即可制得Fe3O4，控制pH值范圍9-14，無(wú)氧條件下進(jìn)行，否則Fe3O4混合價(jià)態(tài)鐵鹽全被氧化為Fe3+容易被氧化。但是，以上現(xiàn)有制備方法的缺陷包括:微乳液法表面活性劑難被去除、產(chǎn)量小，而且成本高，工藝復(fù)雜。共沉淀法的工藝復(fù)雜，制備粉體的過(guò)程中從共沉淀、晶粒長(zhǎng)大到沉淀的漂洗、干燥、煅燒的每個(gè)階段均可能導(dǎo)致顆粒長(zhǎng)大及團(tuán)聚體的形成。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前磁性功能顆粒僅限于實(shí)驗(yàn)室制備，且制備工藝復(fù)雜、成本高、易氧化及分散性差等特點(diǎn)，發(fā)明一種高穩(wěn)定的可控回收磁性功能顆粒及其制備方法。該方法工藝流程簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好、晶粒不容易團(tuán)聚且可以進(jìn)一步提高工業(yè)大批量生產(chǎn)的能力，大大降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明面向其在工業(yè)、醫(yī)療等方面的廣泛應(yīng)用需求提供了關(guān)鍵的材料支持。本發(fā)明所述高穩(wěn)定可控回收磁性功能顆粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟I,通過(guò)高溫碳還原工藝加工制成C/Fe304磁性顆粒；步驟2，通過(guò)溶膠-凝膠法向所述CVFe3O4磁性顆粒包覆SiO2,制成所述高穩(wěn)定可控回收磁性功能顆粒。優(yōu)選地，所述步驟I的所述高溫碳還原工藝是使用脫脂棉中的碳還原含F(xiàn)e離子溶液中的Fe離子，再在氧氣環(huán)境下將其氧化為Fe3O4,生成C/Fe304磁性顆粒。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟I具體包括:首先，F(xiàn)eCl3.6H20加水?dāng)嚢枞芙庵瞥梢欢舛鹊腇eCl3溶液；其次，把脫脂棉浸泡在FeCl3溶液中，然后取出后在高溫爐中以一定溫度和真空條件進(jìn)行還原反應(yīng)；再次，將還原反應(yīng)后的物質(zhì)用酒精封并研磨，反復(fù)用磁力去除非磁性物質(zhì)，得到所述C/Fe3O4磁性顆粒。優(yōu)選地，所述步驟2所述溶膠-凝膠法包括將所述CVFe3O4磁性顆粒與按一定量比例水解的乙醇和正硅酸乙酯(TEOS)反應(yīng)，使所述CVFe3O4磁性顆粒表面包覆SiO2。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟2具體包括:首先，將所述包裹碳纖維層的Fe3O4磁核顆粒置于燒杯，向燒杯中加入一定量乙醇，再加入和一定比例的正硅酸乙酯(TEOS)快速攪拌，加入少許鹽酸和去離子水反應(yīng)一定時(shí)間確保正硅酸乙酯完全水解；其次，施加超聲震蕩并反復(fù)數(shù)次用磁力去除非磁性物質(zhì)后，在一定溫度和真空條件下高溫定性；再次，取出物質(zhì)進(jìn)行研磨，取得所述高穩(wěn)定可控回收磁性功能顆粒。其中，所述CVFe3O4磁性顆粒是外面包裹碳纖維層的Fe3O4磁核顆粒。利用上述方法，可以獲得本發(fā)明的高穩(wěn)定性磁性功能顆粒，其中心是Fe3O4磁核，F(xiàn)e3O4磁核外層包裹一層碳纖維層,最外層包裹SiO2層。 本發(fā)明解決了現(xiàn)有制備磁性顆粒制備工藝復(fù)雜、成本高、容易氧化、易團(tuán)聚的問(wèn)題，發(fā)明了一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、分散性好、高穩(wěn)定性的制備磁功能顆粒的新技術(shù)途徑。其優(yōu)點(diǎn)主要有:(1)原料簡(jiǎn)單。(2)制備工藝操作簡(jiǎn)單。(3)無(wú)需添加保護(hù)劑等，有效防止引入其他物質(zhì)。(4)分散性好，SiOJt為包覆層可以屏蔽磁性粒子之間的偶極相互作用，阻止粒子團(tuán)聚。(5)穩(wěn)定性高，SiO2作包覆層可有效防止顆粒氧化失去磁性。(6)5102作為包覆層，具有良好的生物相容性、親水性以及非常好的穩(wěn)定性，為其運(yùn)用在生物醫(yī)學(xué)方面打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，可作為細(xì)胞分離、靶向藥物、免疫檢測(cè)的載體。(7)可以用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)，有效解決了當(dāng)前磁功能性顆粒載體只能實(shí)驗(yàn)室制備，難以滿足應(yīng)用需求。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的C/Fe304顆粒的透射電鏡圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的SiO2AVFe3O4顆粒的透射電鏡圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的CVFe3O4顆粒和Si02/C/Fe304顆粒的XRD圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的CVFe3O4顆粒和Si02/C/Fe304顆粒的磁滯回線圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的SiO2AVFe3O4顆粒結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明所述的高穩(wěn)定可控回收磁性功能顆粒的制備方法采用高溫碳還原工藝加工制成CVFe3O4顆粒，再通過(guò)溶膠-凝膠法包覆SiO2,制成SiO2AVFe3O4顆粒，該Si02/C/Fe304顆粒即本發(fā)明所述高穩(wěn)定可控回收磁性功能顆粒。
本發(fā)明的制備方法具體包括:1、C/Fe304磁性顆粒的制備(I)FeCl3.6H20加水?dāng)嚢枞芙庵瞥梢欢舛鹊腇eCl3溶液。(2)把脫脂棉浸泡在步驟(I)得到的FeCl3溶液中，取出后在高溫爐中一定溫度和真空條件下進(jìn)行一定時(shí)間的還原反應(yīng)。取出后的物質(zhì)酒精封，研磨，多次磁力去除非磁性物質(zhì)。得到C/Fe304納米磁核。用脫脂棉的主要成分碳還原溶液中的鐵離子，再在一定的氧氣環(huán)境下將其氧化成Fe3O4的方法，制得如圖1所示的顆粒，顆粒表面有極薄的一層碳纖維，這層碳纖維可以起到保護(hù)Fe3O4氧化成氧化鐵的作用，同時(shí)，得到的顆粒為固態(tài)，可以通過(guò)直觀的觀察對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化。圖1為實(shí)驗(yàn)所得C/Fe304顆粒的透射電鏡圖，從圖中可以看出制備出的顆粒為方形，且周圍有一層碳纖維包裹。2.高穩(wěn)定性SiO2AVFe3O4磁功能性顆粒的制備取上述C/Fe304顆粒置于燒杯中，向燒杯中加入一定量乙醇，再加入和一定比例的正硅酸乙酯(TEOS)快速攪拌，加入少許鹽酸和去離子水反應(yīng)一定時(shí)間確保正硅酸乙酯完全水解。超聲震蕩，數(shù)次磁力去除非磁性物質(zhì)后，在一定溫度和真空條件下高溫定性。取出后物質(zhì)研磨，得到高穩(wěn)定性SiO2AVFe3O4磁功能性顆粒。SiO2包覆層如圖2所示，有效的起到定性防止CVFe3O4氧化、提高顆粒穩(wěn)定性的作用。圖2為實(shí)驗(yàn)所得Si02/C/Fe304顆粒的透射電鏡圖，從圖中可以看出最外面報(bào)復(fù)了淺色的SiO2層。從圖3(a)是C/Fe304顆粒的XRD曲線，可以看出Fe3O4顆粒由于在固相中接觸空氣，部分被氧化。圖3(b)可以看出中可以看出2 Θ在20-30°處有一個(gè)波包，此波包證明了無(wú)定形SiO2和玻璃體的存在，且沒(méi)有了氧化鐵的峰，顆粒沒(méi)有被氧化，證明SiO2表面改性提高了顆粒的穩(wěn)定性，有效的防止了顆粒被氧化。圖4是兩種顆粒的磁滯回線，飽和磁化強(qiáng)度高，剩磁小，完全滿足磁性回收條件?？梢钥闯霭埠箫柡痛嗽拸?qiáng)度明顯降低，剩磁小，同樣滿足磁控回收條件，同時(shí)證明表面包覆均勻，包覆成功。圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例所制備的Si02/C/Fe304顆粒結(jié)構(gòu)示意圖。其中心是Fe3O4磁核1，F(xiàn)e3O4磁核外層包裹一層碳纖維層2,最外層包裹SiO2層3。本發(fā)明解決了現(xiàn)有制備磁性顆粒制備工藝復(fù)雜、成本高、容易氧化、易團(tuán)聚的問(wèn)題，發(fā)明了一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、分散性好、高穩(wěn)定性的制備磁功能顆粒的新技術(shù)途徑。其優(yōu)點(diǎn)主要有:(1)原料簡(jiǎn)單。(2)制備工藝操作簡(jiǎn)單。(3)無(wú)需添加保護(hù)劑等，有效防止引入其他物質(zhì)。(4)分散性好，SiOJt為包覆層可以屏蔽磁性粒子之間的偶極相互作用，阻止粒子團(tuán)聚。(5)穩(wěn)定性高，SiO2作包覆層可有效防止顆粒氧化失去磁性。(6)5102作為包覆層，時(shí)刻里具有良好的生物相容性、親水性以及非常好的穩(wěn)定性，為其運(yùn)用在生物醫(yī)學(xué)方面打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，可作為細(xì)胞分離、靶 向藥物、免疫檢測(cè)的載體。(7)可以用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)，有效解決了當(dāng)前磁功能性顆粒載體只能實(shí)驗(yàn)室制備，難以滿足應(yīng)用需求。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改型和改變。因此，本發(fā)明覆蓋了落入所附的權(quán)利要求書及其等同物的范圍內(nèi)的各種改型和改變。
權(quán)利要求
1.一種高穩(wěn)定可控回收磁性功能顆粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，通過(guò)高溫碳還原工藝加工制成CVFe3O4磁性顆粒； 步驟2，通過(guò)溶膠-凝膠法向所述CVFe3O4磁性顆粒包覆SiO2,制成所述高穩(wěn)定可控回收磁性功能顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I的所述高溫碳還原工藝是使用脫脂棉中的碳還原含F(xiàn)e離子溶液中的Fe離子，再在氧氣環(huán)境下將其氧化為Fe3O4,生成CVFe3O4磁性顆粒。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I具體包括:首先，F(xiàn)eCl3.6Η20加水?dāng)嚢枞芙庵瞥梢欢舛鹊腇eCl3溶液；其次，把脫脂棉浸泡在FeCl3溶液中，然后取出后在高溫爐中以一定溫度和真空條件進(jìn)行還原反應(yīng)；再次，將還原反應(yīng)后的物質(zhì)用酒精封并研磨，反復(fù)用磁力去除非磁性物質(zhì)，得到所述CVFe3O4磁性顆粒。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2所述溶膠-凝膠法包括將所述CVFe3O4磁性顆粒與按一定量比例水解的乙醇和正硅酸乙酯(TEOS)反應(yīng)，使所述C/Fe304磁性顆粒表面包覆Si02。
5.如權(quán)利要求 4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2具體包括:首先，將所述包裹碳纖維層的Fe3O4磁核顆粒置于燒杯，向燒杯中加入一定量乙醇，再加入和一定比例的正硅酸乙酯(TEOS)快速攪拌，加入少許鹽酸和去離子水反應(yīng)一定時(shí)間確保正硅酸乙酯完全水解；其次，施加超聲震蕩并反復(fù)數(shù)次用磁力去除非磁性物質(zhì)后，在一定溫度和真空條件下高溫定性；再次，取出物質(zhì)進(jìn)行研磨，取得所述高穩(wěn)定可控回收磁性功能顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述CVFe3O4磁性顆粒是外面包裹碳纖維層的Fe3O4磁核顆粒。
7.—種高穩(wěn)定性磁性功能顆粒,其特征在于,其中心是Fe3O4磁核,Fe3O4磁核外層包裹一層碳纖維層，最外層包裹SiO2層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高穩(wěn)定的可控回收磁性功能顆粒及其制備方法。所述高穩(wěn)定可控回收磁性功能顆粒的制備方法，包括以下步驟步驟1，通過(guò)高溫碳還原工藝加工制成C/Fe3O4磁性顆粒；步驟2，通過(guò)溶膠一凝膠法向所述C/Fe3O4磁性顆粒包覆SiO2，制成所述高穩(wěn)定可控回收磁性功能顆粒。本發(fā)明的高穩(wěn)定性磁性功能顆粒其中心是Fe3O4磁核，F(xiàn)e3O4磁核外層包裹一層碳纖維層，最外層包裹SiO2層。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)主要有原料簡(jiǎn)單，制備工藝操作簡(jiǎn)單，無(wú)需添加保護(hù)劑等，有效防止引入其他物質(zhì)，分散性好，穩(wěn)定性高，具有良好的生物相容性、親水性以及非常好的穩(wěn)定性，可以用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/02GK103219118SQ20131002231
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者薛晨陽(yáng), 馬修春, 丑修建, 張強(qiáng), 李俊漾, 張文棟, 劉俊, 熊繼軍 申請(qǐng)人:中北大學(xué)