功能磁性纳米材料

L/O/G/O姓名：马晓原学号：2011F0010生物医用功能化磁性纳米粒子的制备与表征•磁性纳米粒子是目前生物医用纳米材料领域异常活跃的研究方向之一。不同方法制备的磁性纳米粒子经不同聚合物或分子表面改性后具有多方面的生物医学应用，如细胞分离、核磁共振成像、靶向药物传输、组织修复、免疫检测和磁热疗等。为了合成能达到生物医学应用要求的功能化磁性纳米粒子前言主要内容Fe3O4磁性纳米材料的性质1功能化磁性纳米粒子的制备方法2功能化磁性纳米粒子的表征分析方法3在元素周期表上仅有VIIIA区元素Fe、Co、Ni和稀土元素中的Gd在室温下表现有铁磁性。这些元素互相结合或与其它不具铁磁性的元素相结合，可制得不同磁性材料。其中又以含Fe元素材料最为常见，由于纯Fe纳米粒子在空气中极易氧化，所以磁性粒子多以铁的氧化物以及铁合金纳米粒子为主，也有关于氮化铁纳米粒子的报道。铁的氧化物又称铁氧体（Ferrite），Fe3O4是一种最简单的铁氧体，也是世界上研究和应用最早的一种非金属磁性材料，其分子式可以写FeO·Fe2O3。Fe3O4磁性纳米材料的性质Fe3O4/PVA磁性高分子微球的制备与表征磁性高分子微球是指通过适当方法将无机磁性纳米粒子和高分子聚合物进行复合而得到的球形功能材料。它兼具磁性纳米粒子和高分子微球的特性，既可以通过共聚或表面改性的方法在其表面引入特殊功能基团(如-COOH、-OH、-CHO、-NH2等)，通过共价键直接结合生物酶、细胞、抗体、金属离子及有机物等；又可以在外界磁场作用下方便迅速地分离，从而被广泛用于固定化酶、生物分离、靶向药物等生物医学领域。其中，聚乙烯醇（PVA）是一种水溶性的合成聚合物，动物实验表明，其安全无害、无毒性、无刺激性，并有良好的生物相容性，能够在体内缓慢降解。此外，采用PVA聚合物修饰磁性纳米粒子时，纳米粒子被包覆在聚合物的交联凝胶网络中，阻止了颗粒的团聚，从而可大大提高颗粒的分散性。功能磁性纳米粒子的制备方法PVA高分子容易形成交联凝胶网络，从而把纳米粒子紧紧包裹在高分子微球中，可有效阻止纳米粒子的团聚，提高分散稳定性。包覆反应的机理如图：FTIR分析功能化磁性纳米粒子的表征分析方法(a)Fe3O4纳米粒子、(b)Fe3O4/PVA复合微球和(c)PVA的红外光谱图热重分析(a)Fe3O4纳米粒子和(b)(b)Fe3O4/PVA磁性高分子微球的TG曲线如图为Fe3O4纳米粒子表面修饰前后的TG曲线，对于裸露的Fe3O4，失重主要为纳米粒子表面的吸附水（130℃之前，失重率为0.45%）及吸附羟基（130℃~700℃之间，失重率为1.35%）的热分解，纳米粒子Fe3O4的含量为97.4%。磁性高分子微球在200℃之前0.93%的失重可能为吸附水的脱去；200~500℃之间7.4%的失重为磁性微球表面包覆的PVA聚合物的热分解。最终，样品中氧化铁含量为91.7%。Zeta电位分析如图为Fe3O4纳米粒子修饰前后在不同PH环境中的Zeta电位曲线，未修饰的纳米粒子等电点PI=6.12，人体生理环境（PH=7.4）时的Zeta电位为-26.6mV，绝对值小于30mV，说明裸露的Fe3O4纳米粒子在此PH条件下不能稳定分散。而PVA修饰后的磁性微球的等电PI=5.86，等电点较未修饰前向酸性方向偏移。TEM分析(a)Fe3O4纳米粒子和(b)Fe3O4/PVA磁性微球的TEM如图中(a)、(b)分别为Fe3O4纳米粒子和Fe3O4/PVA磁性微球的透射电镜照片。从图中可以看出，Fe3O4纳米粒子尺寸很不均匀，且团聚比较厉害，分散性较差，粒径为20~40nm。然而，经过PVA大分子修饰后，纳米粒子的粒径并没有因为表面包覆了一定厚度的聚合物而变大，反而有所减小，平均粒径约为20±5nm，且纳米粒子的分散性有明显改善，只存在少部分的团聚体。谢谢