一种离子强度免疫的磁性和荧光微米马达的制备方法与流程

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种离子强度免疫的磁性荧光微米马达的制备方法和具体案例示范。

背景技术：

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种离子强度免疫的磁性荧光微米马达的制备方法。目前已知的化学驱动微纳马达，大部分是利用金属催化剂分解双氧水产生化学能来推动马达。

由于双氧水具有生物毒性的，在大多数应用场景特别是涉及时候生物医用领域不适合。化学驱动马达的第二个缺点是非离子免疫。随着离子强度的增加，马达运动活性大大降低，运动能力大幅减弱，在接近人体液的离子强度环境马达基本不运动。第三个缺点是化学驱动马达运动的运动时间非常短。

我们制备的磁性荧光微米马达具有无生物毒性，离子强度免疫，运动时间为无限长等突出的优点，在生物医用等领域有巨大的应用前景有望填补改领域的空白和实现微纳马达在生物医学领域的大规模实用化。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的三大问题，本发明制备的磁性荧光微米马达来克服这些问题，实现微纳马达在生物医药领域的应用。本发明制备的磁性荧光微米马达具有无生物毒性，离子强度免疫，运动时间为无限长等等突出的优点，在生物医用等领域有巨大的应用前景有望填补改领域的空白和实现微纳马达在生物医学领域的大规模实用化。

磁性荧光微米马达的制备方法，包含以下步骤：

步骤s1：将10mg-100mg磁性颗粒四氧化三铁加入到40ml去离子水和200ml异丙醇的混合溶液中，超声处理30min直至磁性颗粒均匀分散在混合溶液；

作为所述方法的一种优选技术方案，此步骤优选磁性颗粒四氧化三铁使用量为40mg。

磁性颗粒四氧化三铁的含量选择的依据是颗粒均匀分散在混合溶液中。含量太低时产量和产率都太低，没有实用化的意义；含量太高时，颗粒不是单分散，易形成结团的磁性颗粒，影响后续制备磁性马达的磁性性能。

步骤s2：向步骤s1的混合溶液中分别加入7ml氨水(25wt％)和0.1ml-1.2ml正硅酸乙酯，机械搅拌4-6小时，磁分离并干燥后得到表面硅壳化的磁性颗粒；

作为所述方法的一种优选技术方案，此步骤优选正硅酸乙酯使用量为0.6ml。

正硅酸乙酯的含量选择的依据是在磁性颗粒表面形成二氧化硅的核壳结构层。正硅酸乙酯的含量太低时，形成的二氧化硅包覆层太薄，甚至出现包覆不完全的情况；正硅酸乙酯的含量太高时候，容易导致磁性颗粒团聚，影响磁性颗粒进一步的表面改性和使用。

步骤s3：将步骤s2得到的表面硅壳化的磁性颗粒60mg加入到50ml乙醇和0.3ml-1.0ml氟硅烷的混合溶液中，在80℃加热回流24小时得到表面亲油改性的磁性颗粒。

作为所述方法的一种优选技术方案，此步骤优选氟硅烷使用量为0.5ml。

氟硅烷的含量选择的依据是实现二氧化硅表面层的表面改性，使其由亲水性改变为疏水性。氟硅烷的含量太低，表面改性效果差，二氧化硅表面仍表现为亲水性；氟硅烷的含量太高，表面改性效果太好易导致磁性颗粒团聚，影响后续在微纳马达中的加载和使用。

通过该步骤制备得到的磁性颗粒粒径分布较均匀，粒径大小约为300nm，具体形貌如图1c所示。

步骤s4：将通过步骤s3表面亲油改性的20mg-200mg磁性颗粒和荧光染料尼罗红加入到10ml聚苯乙烯的甲苯溶液中，其中优选聚苯乙烯质量分数3％，尼罗红质量分数0.02％，超声处理混合均匀后得到磁性聚苯乙烯的甲苯溶液；

作为所述方法的一种优选技术方案，此步骤优选表面亲油改性的磁性颗粒使用量为70mg。

磁性颗粒的含量选择的依据是赋予微纳马达优异的磁性以实现磁场下的操控。磁性颗粒的含量太低，微纳马达磁性太弱，在磁场下的响应性的操控性很弱；磁性颗粒的含量太高，微纳马达磁性太强，以导致微纳马达自连接现象也影响磁场下的操控性能。

步骤s5：向1ml-10ml步骤s4中的磁性聚苯乙烯的甲苯溶液加入70ml十二烷基硫酸钠溶液得到混合溶液；

作为所述方法的一种优选技术方案，此步骤甲苯溶液的含量优选为10ml。

甲苯溶液的含量选择依据是形成稳定的油水乳液进行剪切。甲苯溶液的含量太少，油相太少，剪切时对油相的切割不够，剪切效率低；甲苯溶液的含量太高，油相太高，剪切后油相体积太多，油相不稳定易出现分相现象。

步骤s6：用乳化机对步骤s5得到的混合乳液进行乳化，剪切速度3000r/min-25000r/min，剪切时间10min，得到乳液，机械搅拌干燥2天后得到磁性聚苯乙烯微球即磁性荧光微米马达。

作为所述方法的一种优选技术方案，干燥温度优选为室温，此步骤剪切速度优选为

6000r/min。

剪切速度选择的依据为微纳马达的粒径大小合适光学观察和磁场操控。剪切速度太小，微纳马达太大，不适合显微镜微纳观察和磁场操控；剪切速度太大，微纳马达太小，显微镜分辨率不够观察不到，布朗运动太强也不适合磁场操控。

将本发明所得的磁性荧光微米马达置于扫描电镜下观察其形貌和元素分析，粒径为5微米左右，含有碳元素、铁元素、氧元素和氟元素，具体形貌特征和元素分析结果如图2所示；从图中可以清晰的看到碳元素、铁元素、氧元素和氟元素对应我们制备的微纳马达，由图附的表格可以进一步确定各个元素在微纳马达中的具体含量，进一步确认马达的成分和组成。

本发明相对于现有技术的有益效果包括：

(1)本发明制备的微米马达是不受体系内的离子强度大小影响的，即离子强度免疫。

(2)本发明通过一步法将磁性颗粒和荧光染料引入到微米马达中，简单方便，实现了马达磁性和荧光等功能化。

(3)本发明马达具有磁性可以通过外界的磁场进行导向，这意味着我们的微米马达在未来如果被运用到载药中可以利用磁场导向并且对人体基本无害，同时还具有荧光，便于医学显影和成像。

附图说明

图1，为本发明制备得到的磁性颗粒示意图，其中a)磁性颗粒改性示意图；b)磁性颗粒sem；c)磁性颗粒表二氧化硅壳层化sem；d)磁性颗粒表面氟硅烷改性sem；

图2，本发明制备得到的磁性荧光微米马达的sem和eds示意图；

图3，不同时刻微米马达的折线轨迹运动运动情况；

图4，不同时刻微米马达的文字书写轨迹运动运动运动情况。

图5，为本发明马达组成及应用流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。

实施案例1

一种磁性和荧光微米马达的制备方法，包含以下步骤：

步骤s1：将40mg磁性颗粒四氧化三铁加入到40ml去离子水和200ml异丙醇的混合溶液中，超声处理30min直至磁性颗粒均匀分散在混合溶液；

步骤s2：向步骤s1的混合溶液中分别加入7ml氨水(25wt％)和0.6ml正硅酸乙酯，机械搅拌4-6小时，磁分离并干燥后得到表面硅壳化的磁性颗粒；

步骤s3：将步骤s2得到的表面硅壳化的磁性颗粒加入到50ml乙醇和0.5ml氟硅烷的混合溶液中，在80℃加热回流24小时得到表面亲油改性的磁性颗粒。磁性颗粒粒径分布较均匀，粒径大小约为300nm，具体形貌如图1所示；

步骤s4：将通过步骤s3表面亲油改性的70mg磁性颗粒和荧光染料尼罗红加入到10ml聚苯乙烯的甲苯溶液中(聚苯乙烯质量分数3％，尼罗红质量分数0.02％)，超声处理混合均匀后得到磁性聚苯乙烯的甲苯溶液；

步骤s5：向10ml步骤s4中的磁性聚苯乙烯的甲苯溶液加入70ml十二烷基硫酸钠溶液得到混合溶液；

步骤s6：用乳化机对步骤s5得到的混合乳液进行乳化，剪切速度6000r/min，剪切时间10min，得到乳液，机械搅拌干燥2天后得到磁性聚苯乙烯微球即磁性荧光微米马达，电镜下观察其形貌和元素分析，粒径为5微米左右，含有碳元素铁元素氧元素和氟元素，具体结果如图2所示。马达组成及应用流程如图5所示。

实施案例2性能检测

将实施例1制备得到的微米马达放到去离子水中去，微米马达可以在变化磁场平均强度约为90高斯的磁场的控制下做精确定向运动，以显微镜视野下有足够观察，不受离子强度影响。

按照图3所示图案进行磁场的控制，马达运动情况如图3所示的折线轨迹运动。

实施案例3性能检测

将实施例1制备得到的微米马达放到去离子水中去，微米马达可以在变化磁场平均强度约为90高斯的磁场的控制下做精确定向运动，以显微镜视野下有足够观察，不受离子强度影响。

按照图4所示图案进行磁场的控制，马达运动情况如图4所示的折线轨迹运动。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。