单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法

专利名称：单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法
技术领域：
本发明属二氧化硅纳米颗粒的制备方法，特别是涉及一种单分散磁性二氧化硅纳米颗 粒的制备方法。
技术背景近年来，许多有机和无机材料被广泛地用于包覆超顺磁性纳米Fe304颗粒，包括天然 高分子(如白蛋白、壳聚糖、淀粉和明胶等)、合成高分子聚合物(如聚苯乙烯、聚甲基 丙烯酸甲酯、聚乳酸和聚己内酯等)和无机材料(如二氧化硅和纳米碳等)。由于这种核 壳复合颗粒在电学、光学、磁学性能、催化性能和机械性能方面具有独一无二的优势，因 而备受青睐。在药物载体领域，有机复合颗粒因为不良的热和化学稳定性以及很快的被免疫系统清 除等缺点而受到了局限。相反，无机复合颗粒有着以下优势①不易被微生物感染；②不 随外界条件改变而伸縮和发生空隙变化，非常稳定；③一些无机材料无毒并拥有高的生物 相容性；④这些颗粒具有优越的载药性能等。二氧化硅纳米颗粒具有大的表面积、强的机 械性能、良好的生物相容性和稳定性，利用反相微乳液法制备的纳米二氧化硅药物载体尺 寸在100nm以下，药物包封率达到80% (J. Am. Chem. Soc. 1998， 120， 11092-11095)。利用 溶胶一凝胶法，以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源制备的磁性二氧化硅纳米颗粒尺寸在200 nm~300 nm之间(Progr. Colloid. Polym. Sci. 2004， 128,232-238)。在生物分离和生物检测领域，二氧化硅纳米颗粒己成功用于分离核酸、多肽和细胞。 磁性二氧化硅纳米颗粒表面被活性生物分子或基团修饰已广泛的被^f究(TrAC,2006,25， 848-855)， 二氧化硅表面被氨基、羧基、巯基、抗体、蛋白质和DNA等修饰已有报道。经 过表面修饰后的颗粒，更能全面地适应生物分离和生物检测地需求。CN 1923857A采用溶 胶一凝胶法制备的高磁含量单分散亲水性磁性复合微球尺寸控制在60 nm 230 nm，具有 含磁量高以及尺寸、形貌均一性的特点。但磁性二氧化硅纳米颗粒尺寸大小、分散性和颗粒表面修饰等问题并没有很好的解决。发明内容本发明的目的在于提供一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，该方法以硅酸 钠作为硅源，价格低廉，工艺简单，所需设备数量少，能耗低，便于推广。制备出的磁性 二氧化硅纳米颗粒具有较好的性能，能够更加全面地满足于药物载体、酶的固定化、细胞 分选、免疫检测及核酸的分离与杂交等领域在应用上的要求。本发明的一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，包括下列步骤(1) 室温氮气下，向含有Fe^和Fe"盐的水溶液中加入过量的氨水得黑色沉淀Fe304;(2) 沉淀转移到油酸钠的醇水溶液中，调pH值至酸性，；(3) 加入硅酸钠，升温，超声，形成分散磁性二氧化硅纳米颗粒；(4) 加偶联剂反应，得到表面修饰的单分散磁性二氧化硅纳米颗粒。所述的F^+盐为三氯化铁，F^+盐为氯化亚铁或硫酸亚铁中的一种，摩尔浓度比为2:1;所述的氨水浓度为1.5mol/l;所述的油酸钠的量为沉淀量的10%;所述的醇水溶液是指乙醇和水的体积比为1:25;所述的调pH值是指用0.1 mol/1的高氯酸调pH值至5.6~6;所述的硅酸钠的量为0.0026 mol/L;所述的升温是指升温至70 80 °C;所述的偶联剂是指3 50 W (3-巯基丙基)三甲氧基硅垸(MPS); 所述的反应是指反应20h;所述的纳米颗粒的粒径平均直径为23.2±2.3 nm。本发明的有益效果(1) 硅源采用廉价易得的硅酸钠，而不用传统普遍的正硅酸乙酯(TEOS);(2) 制备的颗粒粒度均匀，分散性好，粒径平均直径小，具有很好的磁响应性，颗粒表 面富含巯基，生物活性高，而且稳定，并具有很好的生物相容性。


图1是本发明的主要工艺流程图；图2是实施例1所制得的以硅酸钠作为硅源单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的透射电镜图； 图3是实施例1所制得的以硅酸钠作为硅源单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的粒径分布图， 平均粒径为23.2土2.3 nm;
图4是实施例2所制得的以硅酸钠作为硅源单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的透射电镜图。 图5是实施例2所制得的以硅酸钠作为硅源单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的粒径分布图， 平均粒径为22.9 ±2.3 nm;图6是实施例3所制得的以硅酸钠作为硅源单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的透射电镜图； 图7是实施例4所制得的以硅酸钠作为硅源单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术 人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限 定的范围。实施例1称取2.16 g(O. 008 mol)FeCI3*6H20和1.11 g(O. 004 raol)FeS04*7H20溶于40 ml去 离子水中，在室温氮气保护下，向上述溶液中逐点加入20ml浓度为1.5mol/l的氨水得到 黑色沉淀。借助磁分离用去离子水充分洗涤沉淀5次，得到黑色沉淀备用。在搅拌条件下， 将0.0009 g Fe304沉淀移注到0.8 ml乙醇和20 ml水的溶液中，溶液中含油酸钠0.00009 g。 用0.1 mol/1的高氯酸将上述反应体系的pH值调至6。将0.015 g硅酸钠加入上述反应体系， 然后升温至80 °C,维持温度超声分散30 min。待超声结束，转至室温加入30 W (3-巯 基丙基)三甲氧基硅烷(MPS)，反应20 h，最终得到单分散磁性二氧化硅纳米颗粒，平 均粒径23.2土2.3nm。实施例2称取2.16 g(O. 008 mol)FeCl3*6H20和1.11 g(O. 004 mol) FeS04*7H20溶于40 ml去离子水中，在室温氮气保护下，向上述溶液中逐点加入20ml浓度为1.5mol/1的氨水得到 黑色沉淀。借助磁分离用去离子水充分洗涤沉淀5次，得到黑色沉淀备用。在搅拌条件下， 将0.0009 g Fe304沉淀移注到0.8 ml乙醇和20 ml水的溶液中，溶液中含油酸钠0.00009 g。 用0.1mol/l的高氯酸将上述反应体系的pH值调至6。将30W (3-巯基丙基)三甲氧基硅 烷(MPS)和0.015 g硅酸钠加入上述反应体系，然后升温至80 °C，维持温度超声分散 30min。待超声结束，转至室温反应20h，最终得到单分散磁性二氧化硅纳米颗粒，平均
粒径22.9土2.3nm。实施例3称取2.16 g(O. 008 mol)FeCl3,6H20和1.11 g(0.004 mol)FeS04*7H20溶于40 ml去 离子水中，在室温氮气保护下，向上述溶液中逐点加入20ml浓度为1.5mol/I的氨水得到 黑色沉淀。借助磁分离用去离子水充分洗涤沉淀5次，得到黑色沉淀备用。在搅拌条件下， 将0.0009 g Fe304沉淀移注到0.8 ml乙醇和20 ml水的溶液中，溶液中含油酸钠0.00009 g。 用0.1 mol/1的高氯酸将上述反应体系的pH值调至5.6。将0.015 g硅酸钠加入上述反应体 系，然后升温至70 °C,维持温度超声分散30min。待超声结束，转至室温加入40 W (3-巯基丙基)三甲氧基硅垸(MPS)，反应20h，最终得到单分散磁性二氧化硅纳米颗粒。实施例4称取2.16 g(O. 008 mol)FeCl3.6H20和1.11 g(O. 004 mol)FeS04*7H20溶于40 ml去离子水中，在室温氮气保护下，向上述溶液中逐点加入20ml浓度为1.5 mol/1的氨水得到 黑色沉淀。借助磁分离用去离子水充分洗漆沉淀5次，得到黑色沉淀备用。在搅拌条件下， 将0.0009 gFes04沉淀移注到0.8 ml乙醇和20 ml水的溶液中，溶液中含油酸钠0.00009 g。 用0.1 mol/1的高氯酸将上述反应体系的pH值调至5.7。将0.015 g硅酸钠加入上述反应体 系，然后升温至80 °C，维持温度超声分散30min。待超声结束，转至室温加入50 W (3-巯基丙基)三甲氧基硅垸(MPS)，反应20h，最终得到单分散磁性二氧化硅纳米颗粒。
权利要求
1.一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，包括下列步骤(1)室温氮气下，向含有Fe3+和Fe2+盐的水溶液中加入过量的氨水得黑色沉淀Fe3O4；(2)沉淀转移到油酸钠的醇水溶液中，调pH值至酸性，；(3)加入硅酸钠，升温，超声，形成分散磁性二氧化硅纳米颗粒；(4)加偶联剂反应，得到表面修饰的单分散磁性二氧化硅纳米颗粒。
2. 根据权利要求1所述的一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于 所述的Fe"盐为三氯化铁，Fe"盐为氯化亚铁或硫酸亚铁中的一种，摩尔浓度比为2:1。
3. 根据权利要求1所述的一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于-所述的氨水浓度为1.5 mo1/1。
4. 根据权利要求1所述的一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于 所述的油酸钠的量为沉淀量的10%。
5. 根据权利要求1所述的一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于-所述的醇水溶液是指乙醇和水的体积比为1:25。
6. 根据权利要求1所述的一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于 所述的调pH值是指用0.1 mo1/1的高氯酸调pH值至5.6~6。
7. 根据权利要求1所述的一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于 所述的升温是指升温至70 80 'C'。
8. 根据权利要求1所述的一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于 所述的偶联剂是3 50 W(3-巯基丙基)三甲氧基硅垸(MPS)。
9. 根据权利要求1所述的一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于 所述的反应是指反应20h。
10. 根据权利要求1所述的一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于 所述的纳米颗粒的粒径平均直径为23.2土2.3nm。
全文摘要
本发明涉及一种单分散磁性二氧化硅纳米颗粒的制备方法，包括下列步骤(1)室温氮气下，向含有Fe³⁺和Fe²⁺盐的水溶液中加入过量的氨水得黑色沉淀Fe₃O₄；(2)沉淀转移到油酸钠的醇水溶液中，调pH值至酸性；(3)加入硅酸钠，升温，超声，形成分散磁性二氧化硅纳米颗粒；(4)加偶联剂反应，得到表面修饰的单分散磁性二氧化硅纳米颗粒。该方法的原料价格低廉，工艺简单，所需设备数量少，能耗低，制备出的磁性二氧化硅纳米颗粒具有较好的性能，能够更加全面地满足于药物载体、酶的固定化、细胞分选、免疫检测及核酸的分离与杂交等领域在应用上的要求。
文档编号C01B33/00GK101117221SQ200710044029
公开日2008年2月6日 申请日期2007年7月19日 优先权日2007年7月19日
发明者周兴平, 陈志龙, 鹏 黄 申请人:东华大学