双包覆水基磁流体及其制备方法

专利名称：双包覆水基磁流体及其制备方法
技术领域：
本发明属于纳米科学技术及生物医药领域，涉及一种双包覆水基磁流 体及其制备方法。 技术背景所谓磁流体又称磁性液体，是将吸附有表面活性剂的磁性纳米颗粒在 载液中高度分散而形成的胶体体系，兼有纳米固体材料的超顺磁性和液体 的流动性，是一种新型的液体功能纳米材料，已广泛用于密封、润滑、阻 尼、研磨、分离、印染印刷及环境保护等领域。近年来磁流体已经扩展到 生物医药领域的细胞分离、肿瘤热疗、核磁共振造影成像和靶向制剂等。由于非水基磁流体具有非生物相容性，所以生物医药领域主要是水基 磁流体。而用表面活性剂包覆的水基磁流体很难进行表面功能化修饰，表 面活性不够，因而限制了在生物医药领域的应用。生物医药领域使用的磁 流体需用亲水性高分子对磁性纳米颗粒进行包覆修饰，可以提高磁性颗粒 的生物相容性，亲水性髙分子上可以连接其他配体的活性基团，能进一步负载多种功能高分子，例如多肽、抗体、酶、DNA和RNA等，从而制备出具 有特殊功能的磁性颗粒载体材料。制备生物医药领域用磁流体的关键技术是磁性纳米颗粒的合成和磁性 纳米颗粒的表面改性。目前已有用水溶性淀粉见CN1822254A、壳聚糖的衍 生物见CN1702782A、葡聚糖见CN1750183A、聚酰胺基胺树枝形聚合物见 CN1913055A等包覆制备了生物医药用磁流体。现有技术存在一些不足，一 是磁性纳米颗粒的合成技术中，多数难以合成出完全符合尺寸要求的磁性 纳米颗粒，如CN1702782A用离心分离的方法将不稳定的颗粒除掉，从该专利申请的透射电镜照片看，粒子的黏结现象明显，说明合成反应的控制条 件和用高分子材料包覆的效果欠佳；二是磁性偏弱，例如CN1702782A提供 的水基磁流体的饱和磁化强度仅为1. 6 - 2. 5emu/g,所有实施例制备的水基 磁流体饱和磁化强度都小于1. Oemu/g。 发明内容本发明目的就是提供一种粒径更小、分布更窄、强磁响应、高稳定性的双包覆水基磁流体及其制备方法。本发明的关键技术之一是进一步优化了纳米Fe30,颗粒的制备工艺，从 反应物浓度、搅拌速度、溶液pH值、反应温度到反应时间等，有效地控制 纳米颗粒的成核速率和核生长速率，纳米颗粒的粒径可以全部在超顺磁性 尺度范围，不用离心分离除掉不合格的大颗粒。本发明的关键技术之二是选择药用琼脂和聚乙二醇作为分散剂，纳米 Fe304颗粒的合成与表面改性分步进行的方式制备双包覆水基磁流体，具有工艺简单、改性过程易控的特点。本发明可以通过以下方法来实现双包覆水基磁流体包括水、纳米Fe304 颗粒和分散剂，其特征在于所述的纳米FeA颗粒粒径为l~16nm,纳米 Fe304颗粒表面包覆的分散剂为药用琼脂和聚乙二醇4000 - 6000，纳米Fe304 颗粒表面包覆的药用琼脂和聚乙二醇4000 ~ 6000得到的复合颗粒粒径小于 45nm。用药用琼脂和聚乙二醇双包覆的纳米Fe30,颗粒均匀分散于水相中， 形成长期稳定存在的水基磁流体。药用琼脂和聚乙二醇双包覆的纳米Fe304 颗粒表面带有大量功能集团羧基和羟基等活性基团，使双包覆水基磁流 体具有良好磁响应性、生物亲和性、生物可降解性和悬浮稳定性，可用于 作为特殊治疗和诊断的药物载体，进一步拓宽磁流体在现代生物医药领域 的应用范围。双包覆水基磁流体的制备方法用化学沉淀法，釆用化学共沉淀合成纳 米Fe几颗粒，纳米Fe304颗粒的合成与表面改性分步进行，包括以下步骤(1 )分别配制浓度为0. 1 ~ 0. 8mol/L的Fe"和Fe2+水溶液，按Fe"与Fe2+ 物质的量之比为1.00 - 1. 75混合，得到混合液；(2)搅拌混合液，将质量 浓度25%丽3 H20倒入混合液中，混合液与氨水的体积比为100 : 6 - 45, NH3.H20的加入可以滴加或分几次倒入，搅拌速度500 - 3000r/min,温度 25~45°C,溶液的pH值9 11,反应时间30 120min,得到纳米？6304颗粒；(3)取铁总质量的0. 0%药用琼脂放入蒸馏水中，药用琼脂与蒸馏水 质量比为1 : 100，加热80 95X:使之溶解，倒入步骤(2)中，撹拌速度 500 ~ 3000r/min，温度50 65。C,溶液的pH值6 9，反应60 120min， 得到药用琼脂包覆的纳米Fe^颗粒；(4 )将含有琼脂包覆的纳米Fe^颗粒 的液体取出，用蒸馏水洗涤3 - 5次，调pH值4 ~ 5，用超声波分散10 - 60min， 洗涤与超声波分散可以间歇交替进行；(5)取铁总质量的0. 1~1. 0%聚乙二醇放入蒸馏水中使之溶解，聚乙二醇与蒸馏水质量比为i:ioo,倒入反应 液中进行第二次包覆，搅拌速度500 - 3000r/min，温度50 65。C，反应60-120min,得双包覆水基磁流体。 本发明具有如下优点和效果1、 本发明的纳米颗粒的粒径全部在超顺磁性尺度范围，不用离心分离 除掉不合格的大颗粒，具有良好的磁响应性、生物亲和性、生物可降解性 和悬浮稳定性，磁流体的饱和磁化强度为1.0-10. Oemu/g。2、 本发明选用的药用琼脂和聚乙二醇4000 - 6000是药剂学中最常用 的囊材，原料易得，价格低廉，可以降低磁流体的成本；釆用双包覆的水 基磁流体同时含有多种可以连接其他配体的活性基团，便于与多种药物、 蛋白质、基因或细胞等进行连接，药用琼脂和聚乙二醇对一些易水解的药 物还有一定的稳定作用，因而更适合用作磁性载体材料，并可用作磁靶向 药物载体；聚乙二醇理化性质稳定，不但与水以及与多种有机溶剂有亲和 性，扩大了磁流体的应用范围，更广泛应用于生物医学领域。3、 本发明通过进一步优化化学共沉淀法合成工艺，有效地控制了纳米 颗粒的成核速率和核生长速率，使Fe304颗粒粒径细小而且均匀；通过优化改性工艺和用琼脂、聚乙二醇双包覆，包覆得更紧密，具有包覆效杲更好、 纳米颗粒单分散性良好、悬浮稳定和存在时间长的特点。


图1为本发明的双包覆水基磁流体放大20万倍的TEM照片。 图2为本发明的双包覆水基磁流体的磁光效应照片。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的阐述。 实施例一(1) 称取27. 029gFeCl3 6H20加入煮沸的二次蒸馏水中，搅拌溶解， 冷却至室温后，滴入3 5mL稀盐酸，然后加入11. 361gFeCl2 4H20,搅拌 溶解，混合溶液总体积lOOOmL,混合液中Fe'+和Fe2+按物质的量之比为1. 75;(2) 将混合液置于反应器中预热并撹拌使之充分混合，量取85. OmL 浓度为25%的NH3 PW)倒入反应器中，NH3 H20的加入也可以滴加或分几次 倒入，搅拌速度由1000 r/min逐步提高到2500r/min,温度控制在35'C, 溶液的pH值10,恒温反应60min,得到纳米？6304颗粒；说 (3 )称取0. 06g药用琼脂放入6mL蒸馏水中，加热9(TC使之溶解，倒 入步骤(2)中，搅拌速度由1000 r/min逐步提高到2S00r/min，温度55 °C,溶液pH值7 8,反应60min,得到琼脂包覆的纳米Fe304颗粒；(4) 将含有琼脂包覆的纳米FeA颗粒的液体取出用二次蒸馏水洗涤 3~5次，再用稀盐酸调整其pH值至5,用超声波分散20min;(5) 称取0. 05g的聚乙二醇4000投于5mL 二次蒸馏水中使之溶解， 倒入反应液中进行第二次包覆，搅拌速度由1000 r/min逐步提高到2500 r/min，温度55。C,反应60min，得双包覆水基磁流体。本发明的双包覆的磁性纳米颗粒的形状为近似球形，含铁量8.792 mg/mL，饱和磁化强度为2. Oemu/g。本发明的磁流体经粒径分析报告测试， 2~15nm,约87. 0%; 5. 1 ~ 10nm,约13. 0%，粒径在2 10nm。实施例二(1) 称取108. 116gFeCl3'6&0加到煮沸的二次蒸馏水中，搅拌溶解， 冷却至室温后，滴入3 5mLHCl，然后加入45. 444g FeCl2 4H20,搅拌溶 解，混合溶液总体积1000mL，混合液中Fe3+和Fe"按物质的量之比为1.75;(2) 将混合液置于反应器中预热并搅拌使之充分混合，取325mL浓度 为25%的NH3 , H20倒入反应器中，搅拌速度由1000 r/min逐步提高到3000 r/min，温度35。C，溶液pH值lO，恒温反应60min。得到纳米？6304颗粒；(3) 称取0. 24g药用琼脂放入24mL蒸馏水中，加热9(TC使之溶解， 倒入步骤(2)中，搅拌速度由1000 r/min逐步提高到2500r/min,温度 55°C,溶液pH值7 8，反应60min,得到琼脂包覆的纳米？6304颗粒；(4) 将含有琼脂包覆的纳米FeA颗粒的液体取出用二次蒸馏水洗涤 3~5次，再用稀盐酸调整其pH值至5，用超声波分散25min;(5 )称取0. 20g的聚乙二醇6000投于20mL 二次蒸馏水中使之溶解， 倒入反应液中进行第二次包覆，搅拌速度由1000 r/min逐步提高到 2500r/min，温度55。C，反应60min,得双包覆水基磁流体。该磁流体中，双包覆的磁性纳米颗粒的形状为近似球形，粒径在2~ 15nm,含铁量35. 168mg/mL，饱和磁化强度为3. 7emu/g。
权利要求
1、一种双包覆水基磁硫体，包括水、纳米Fe3O4颗粒和分散剂，其特征在于所述的纳米Fe3O4颗粒粒径为1～16nm，纳米Fe3O4颗粒表面包覆的分散剂为药用琼脂和聚乙二醇4000～6000，纳米Fe3O4颗粒表面包覆的药用琼脂和聚乙二醇得到的复合颗粒粒径小于45nm。
2、 一种双包覆水基磁流体的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1 )分别配制浓度为0. 1 ~ 0. 8mol/L的Fe"和Fe2+水溶液，按Fe'+与 Fe1勿质的量之比为1.00~1.75混合，得到混合液；(2) 搅拌混合液，将质量浓度25% NH3 H20倒入混合液中，混合液与 氨水的体积比为100 : 6 - 45，搅拌速度500 ~ 3000r/min，温度25 45。C， 溶液的pH值9 11，反应时间30 - 120niin，得到纳米？6304颗粒；(3) 取铁总质量的Q. 1~1. 0%药用琼脂放入蒸馏水中，药用琼脂与蒸 馏水质量比为1 : 100，加热80 95X:使之溶解，倒入步骤(2)中，搅拌 速度500 ~ 3000r/min，温度50~ 65。C，溶液的pH值6 ~ 9，反应60~ 120min， 得到药用琼脂包覆的纳米Fe304颗粒；(4 )将含有药用琼脂包覆的纳米Fe304颗粒的液体取出，用蒸馏水洗涤 3~5次，调pH值4 5，用超声波分散10-60min;(5 )取铁总质量的0. 1 ~ 1. 0°/。聚乙二醇4000 ~ 6000放入蒸馏水中使之 溶解，聚乙二醇与蒸馏水质量比为1 : 100,倒入反应液中进行第二次包覆， 搅拌速度500 ~ 3000r/min，温度50 65。C,反应60 - 120min,得到双包覆 水基磁流体。
3、 根据权利要求2所述制备双包覆水基磁流体的方法，其特征在于步 骤(2 )中NH3 H20的加入可以滴加或分几次倒入。
4、 根据权利要求2所述制备双包覆水基磁流体的方法，其特征在于步 骤(4)中洗涤与超声波分散可以间歇交替进行。
全文摘要
本发明涉及一种双包覆水基磁流体及其制备方法，磁流体包括水、纳米Fe₃O₄颗粒和分散剂，其特征在于纳米Fe₃O₄颗粒粒径为1～16nm，纳米Fe₃O₄颗粒表面包覆的分散剂为药用琼脂和聚乙二醇，纳米Fe₃O₄颗粒表面包覆药用琼脂和聚乙二醇得到的复合颗粒粒径小于45nm；选择药用琼脂和聚乙二醇作为分散剂，纳米Fe₃O₄颗粒的合成与表面改性分步进行的方式制备双包覆水基磁流体，其表面带有功能集团羧基和羟基等活性基团，使双包覆水基磁流体具有良好磁响应性、生物亲和性、生物可降解性和悬浮稳定性，磁流体的饱和磁化强度为1.0～10.0emu/g，用于作为特殊治疗和诊断的药物载体等生物医药领域。
文档编号H01F1/44GK101256870SQ20071003274
公开日2008年9月3日 申请日期2007年12月26日 优先权日2007年12月26日
发明者苑星海 申请人:嘉应学院