单分散四氧化三铁纳米颗粒的克规模合成方法技术

本发明专利技术公开了一种单分散四氧化三铁纳米颗粒的克规模合成方法，该方法包括：高温油相法合成四氧化三铁纳米颗粒，采用梯度磁场的方法进行洗样、分离及粒径窄化、通过α-环糊精、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等生物兼容性小分子的超声混合实现水相到油相的转移等步骤。本发明专利技术制备的四氧化三铁纳米颗粒粒径可控范围为3纳米到20纳米。闭锁转变温度分别从35K到300K以上。在本发明专利技术中合成的四氧化三铁磁性纳米颗粒在室温下，12纳米以下均为超顺磁性，大于16纳米表现出铁磁性，并且均具有较高的饱和磁化强度，是非常理想的应用于生物医药领域的纳米材料，同时也可用于电磁器件等其他领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及单分散四氧化三铁磁性纳米颗粒的克规模合成方法。
技术介绍
纳米技术是指在约O. I IOOnm的尺度里，研究电子、原子和分子的运动规律和特性，并对材料进行加工，制造出特定功能产品的高新技术。纳米颗粒所具有的量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等使其展现出许多特有的性质，比如比表面积大、表面活性中心多、表面反应活性高、强烈的吸附能力和较高的催化能力。目前越来越多的纳米产品被应用于各行各业。可用于生物医药、燃料电池、光学、磁学、数据存储、高频吸波材料及电子产品等，尤其是纳米生物医学——被认为是最具应用潜力的领域。如贵金属材料金纳米颗粒应用于早孕试纸等生化检测领域可极大提高检测的灵敏度和准确性，半导体纳米颗粒CdSe等应用于生物荧光的标记，在靶向输送药物、肿瘤的检测和治疗方面受到了广泛的关注。磁性纳米颗粒由于明显不同于常规块体材料的特殊物理和磁学性能，作为下一代磁性材料在磁记录材料、磁性液体、传感器、永磁材料、次波材料、生物医药等领域有着广泛的应用前景。临床应用的磁性纳米颗粒主要集中于磁性铁氧化物方面(主要是四氧化三铁Fe3O4和三氧化三铁Y-Fe3O2)，它也是唯一被FDA批准应用于临床的磁性纳米材料。特别是四氧化三铁磁性纳米颗粒的稳定性、靶向性强、药物包含率高及释放速度可控等特点，被广泛研究应用于生物医药领域，在疾病的诊断方面表现出显著的功能特性。Fe3O4纳米颗粒在生物医药领域的应用主要集中在两方面体外应用和体内应用。体外应用主要是利用表面的化学修饰与特定细胞、DNA、蛋白质等发生识别而相结合，进而·从混合物中分离出或标定出这些物质。它的优点在于Fe3O4纳米颗粒在整个分离过程中不会破坏细胞，不影响细胞的功能和活性，磁分离后的细胞存活率可高达90%以上，分离操作简单，速度快，分离纯度可达95%-99%。体内应用主要为磁共振成像技术(MRI)，这种技术由于可以用来对生物内脏器官和软组织进行无缺的快速检测，已经成为诊断软组织病变尤其是检测肿瘤的最为有效的临床诊断方法之一。Fe3O4纳米颗粒作为MRI技术中新型的造影剂可以克服传统造影剂循环时间短，靶向性差，生理耐受性差，信号弱等缺点，并且已通过口服Fe3O4磁性纳米颗粒进行动物(老鼠，狗)肠胃造影得到证实。显然，磁性纳米颗粒在生物医药领域有着广阔的应用前景。可以预期Fe3O4纳米颗粒必将在不久的将来为人类健康做出巨大贡献。但是无论是体内还是体外应用，Fe3O4纳米颗粒的药效不仅与外加磁场的大小和频率有关，而且很大程度上与Fe3O4纳米颗粒的大小和形状有关。因此，为了使磁性纳米颗粒能够更好、更强地为人类健康服务，对Fe3O4纳米颗粒的大规模制备、表面修饰、功能化的研究成为目前磁性纳米颗粒的研发热点。为了实现四氧化三铁磁性纳米颗粒在未来生物医药领域的实际应用，迫切需要一种能够大规模合成四氧化三铁磁性纳米颗粒的方法，并且保证产物的粒径均一，粒径形状可控，结晶度良好，分散性好。化学制备铁氧体磁性纳米材料在近几年引起了广泛关注。目前发展起来的制备纳米尺寸四氧化三铁磁性纳米颗粒的方法有溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、水热法、胶束反胶束法、模板法等。虽然这几种方法可以实现一定规模的合成，但是他们都存在一定的问题。例如，化学共沉淀法反应过程复杂，产物团聚严重不易分散，且产物成分难于调控；水热法合成的Fe3O4磁性纳米颗粒分散性较差，产物成分复杂，多为铁的各种氧化物的混合，且由于合成处于高压条件下给其大规模合成带来一定的安全隐患；溶胶凝胶法产物粒径较大，难以调控至20纳米以下。相比之下，高温油相法相对于其他化学方法具有明显的优势。高温油相法是指在具有高沸点的有机溶剂中，在表面活性剂存在的情况下，加热分解或还原磁性纳米颗粒的前驱体，制备形貌均一、尺寸相同的单分散磁性纳米颗粒。该方法具有合成过程简单易控，产物尺寸、形状、组分可控，分散性好，晶格结构良好和表面易于功能化等诸多优点。目前，采用该方法合成单分散磁性纳米颗粒成为一个研究热点且日趋成熟。但是还存在以下不足许多磁性纳米颗粒的前驱体价格昂贵(如I克乙酰丙酮铁目前价格为40元左右)，具有毒性(如羰基铁)，对环境污染严重(如羰基铁分解产生大量CO，FeCl3可致水酸化)；此夕卜，最重要的是产量低，大多数只有几毫克甚至零点几毫克的产量，难以满足生物医药领域 克以上规模生产需要。因此，基于高温油相法，研究一种能够实现克规模Fe3O4磁性纳米颗粒，同时具有产物形状、粒径、成份高度可控，结晶度良好，制备方法适于工业化，原料廉价环保等优点的化学合成方法，具有极大的经济效益和社会意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，能够制备出克规模的形状和粒径可控，结晶度良好，粒径分布均一，并且分散性好，能够广泛应用于磁学器件尤其是生物医药领域的四氧化三铁磁性纳米颗粒。本专利技术提供的一种，包括如下步骤步骤I :将市售的水合氧化铁(FeO · 0H)与适量的环己烷混合，在研钵中研磨至环己烷全部挥发，将研磨后的水合氧化铁通过筛子筛选，得到粒径小于200微米的水合氧化铁粉末；步骤2 :将得到的水合氧化铁粉末作为反应的前驱体，有机羧酸作为反应的表面活性剂，有机烷烃或烯烃作为反应的溶剂，将以上原料按照预定的比例量取混合；步骤3 :将混合后的原料放入反应容器中，按照3 10°C每分钟的升温速度匀速升温至300 320°C，保持在这个温度进行回流反应，保温O. 2 2个小时，并在反应过程中持续搅拌；步骤4 :反应结束后，使反应液自然冷却至室温，加入适量正己烷进行超声溶解；步骤5 :放入磁场中，并将磁场强度从100奥斯特升至5000奥斯特，使得不同粒径的纳米颗粒分别在不同磁场下先后析出，再取出上清液，将析出的纳米颗粒的四氧化三铁溶于正己烷；步骤6 :再将得到的四氧化三铁的正己烷溶液加预定大小的磁场，使纳米颗粒四氧化三铁析出，然后在上清液澄清透明时撤去磁场；步骤7 :将得到的纳米颗粒四氧化三铁溶于正己烷中形成均匀溶液，再按照预定的比例与水超声混合，静置，上层液体为纳米颗粒四氧化三铁的正己烷溶液，下层液体为水；再将该混合液与水相转移剂按照预定的比例超声混合，静置，上层液体为正己烷，下层液体为纳米颗粒四氧化三铁的水溶液。其中，所述机烷烃或烯烃选自十八烯、二十烯、二十烷、二十二烷其中的一种。其中，所述表面活性剂为有机羧酸，选自油酸、硬脂酸、月桂酸、二十烯酸、十六烷酸、二十烷酸其中的一种或一种以上。其中，所述水相转移剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或者α-环糊精(环状的低聚葡萄糖)。本专利技术的优点在于本专利技术是一种可以实现具有良好的结晶度及分散性的球形四氧化三铁磁性纳米 颗粒的克规模化学合成方法。本专利技术采用的原料尤其是水合氧化铁廉价(铁锈的主要成份)，无毒，环保；合成过程简单易控，安全。利用该方法，通过改变表面活性剂及前驱体的比例，实现对四氧化三铁平均粒径3纳米到20纳米的粒径可控合成。四氧化三铁磁性纳米颗粒的最初产物包含大量的表面活性剂，且含有少量的较大或较小的颗粒，在本专利技术中应用梯度磁场，可以实现大范围粒径选择、窄化、洗样。这种方法区别于传统的离心法，很大程度上减少人力和物力，且简单易行，效果明显，适用于工业化连续生产。并且适用于所有磁性纳米颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单分散四氧化三铁纳米颗粒的克规模合成方法，包括如下步骤：步骤1：将市售的水合氧化铁(FeO·OH)与适量的环己烷混合，在研钵中研磨至环己烷全部挥发，将研磨后的水合氧化铁通过筛子筛选，得到粒径小于200微米的水合氧化铁粉末；步骤2：将得到的水合氧化铁粉末作为反应的前驱体，有机羧酸作为反应的表面活性剂，有机烷烃或烯烃作为反应的溶剂，将以上原料按照预定的比例量取混合；步骤3：将混合后的原料放入反应容器中，按照3～10℃每分钟的升温速度匀速升温至300～320℃，保持在这个温度进行回流反应，保温0.2～2个小时，并在反应过程中持续搅拌；步骤4：反应结束后，使反应液自然冷却至室温，加入适量正己烷进行超声溶解；步骤5：放入磁场中，并将磁场强度从100奥斯特升至5000奥斯特，使得不同粒径的纳米颗粒分别在不同磁场下先后析出，再取出上清液，将析出的纳米颗粒的四氧化三铁溶于正己烷；步骤6：再将得到的四氧化三铁的正己烷溶液加预定大小的磁场，使纳米颗粒四氧化三铁析出，然后在上清液澄清透明时撤去磁场；步骤7：将得到的纳米颗粒四氧化三铁溶于正己烷中形成均匀溶液，再按照预定的比例与水超声混合，静置，上层液体为纳米颗粒四氧化三铁的正己烷溶液，下层液体为水；再将该混合液与水相转移剂按照预定的比例超声混合，静置，上层液体为正己烷，下层液体为纳米颗粒四氧化三铁的水溶液。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宁宁，杨海涛，张向群，成昭华，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：