专利名称：一种高稳定性磁性功能颗粒及其制备方法
技术领域：
本发明属于微纳米科学技术领域，更具体地，公开了一种高稳定性磁性功能颗粒及其制备方法。
背景技术：
磁性功能颗粒不仅具有纳米材料优越的表面性质，还对磁场有感应，这使得它们在化学、物理、生物医学、电子材料以及传感器等诸多方面的应用越来越受到人们的关注。高稳定性的磁性功能颗粒，可作为磁控载体应用于诸多方面，如磁性分离、催化、药物缓释、靶标控制以及作为一种表征方式用于生物传感等。磁性功能颗粒作载体，运用生物分子特异性亲和作用原理，将亲和配基偶联在磁性分离载体表面，在外加磁场的定向控制下，通过亲和吸附、清洗和解吸等操作，可以一步从复杂的原始生物体系中直接分离出目标生物分子，具有磁性分离的简单方便和亲和分离的高选择性双重优势。目前已在细胞分离、免疫检测、固定化酶及亲和分离等诸多方面加以应用。靶向治疗的目的是提高治疗部位的药物浓度，降低不良反应，减少药物用量，提高药物的安全性，有效性和病人的顺从性。恶性肿瘤的磁靶向药物控制释放治疗是将药物与适当的磁活性成分配置在药物释放系统中，在外磁场作用下载药粒子定位于释放于肿瘤集中部位，从而达到提高药物治疗效果的目的。磁性功能颗粒的每个颗粒可被看作一个单磁畴，具有磁响应性，在恒定磁场下粒子可以定向定位快速移动到靶部位，从而可进一步缩短药物定向富集的时间，这是磁性功能颗粒应用于磁性分离、组织工程和肿瘤靶向治疗的基础。在交变磁场作用下，可 以产生热效应，可以更好地控制靶向药物的释放，被认为是一种比较理想的药物载体，同时也是肿瘤热疗的基础。近年来，有人将化学发光与纳米技术相结合，提出了化学发光磁酶免疫分析法，该办法将磁性分离技术、免疫学办法与化学发光检测技术相结合。磁性功能颗粒表面连有可结合蛋白质的功能屡团，将活性蛋白质(如抗体)包覆在磁性功能颗粒上，与具自有抗原性的物质作用，形成磁珠-抗体-抗原复合物，在磁场力的作用下，复合物与其他物质分离。然后利用可以催化AMPro分解的ALP标记抗体，在免疫反虑后加入AMPPD，产生光信号，检测信号从而达到检测待测抗原含量的目的。通过上述应用可以看到，高稳定性磁性功能颗粒性能稳定，毒副作用小，具有良好的生物相容性，且在血液中分散性高，是最具应用前景的生物材料之一。制备出高稳定性磁性功能颗粒意义重大。现有技术中对磁性功能颗粒的制备方法主要包括以下几种:1.微乳液法微乳液法是近几年发展起来的制备超微粒子的一种有效方法。所谓微乳液是指热力学上稳定分散的2种互不相溶的液体所组成的宏观均一而微观上不均匀的混合物，通常需要加入表面活性剂、助表面活性剂等，以促使水包油或油包水型微乳液的形成。此法所得的产物除粒径小、分布均匀。2.共沉淀法共沉淀法是指在含两种或两种以上阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的方法。摩尔比为1: 2的二价和三价铁盐溶液中滴加碱液即可制得Fe3O4，控制pH值范围9-14，无氧条件下进行，否则Fe3O4混合价态铁盐全被氧化为Fe3+容易被氧化。但是，以上现有制备方法的缺陷包括:微乳液法表面活性剂难被去除、产量小，而且成本高，工艺复杂。共沉淀法的工艺复杂，制备粉体的过程中从共沉淀、晶粒长大到沉淀的漂洗、干燥、煅烧的每个阶段均可能导致颗粒长大及团聚体的形成。
发明内容
本发明针对目前磁性功能颗粒仅限于实验室制备，且制备工艺复杂、成本高、易氧化及分散性差等特点，发明一种高稳定的可控回收磁性功能颗粒及其制备方法。该方法工艺流程简单、成本低、稳定性好、晶粒不容易团聚且可以进一步提高工业大批量生产的能力，大大降低生产成本。本发明面向其在工业、医疗等方面的广泛应用需求提供了关键的材料支持。本发明所述高稳定可控回收磁性功能颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤I,通过高温碳还原工艺加工制成C/Fe304磁性颗粒；步骤2，通过溶胶-凝胶法向所述CVFe3O4磁性颗粒包覆SiO2,制成所述高稳定可控回收磁性功能颗粒。优选地，所述步骤I的所述高温碳还原工艺是使用脱脂棉中的碳还原含Fe离子溶液中的Fe离子，再在氧气环境下将其氧化为Fe3O4,生成C/Fe304磁性颗粒。进一步优选地，所述步骤I具体包括:首先，FeCl3.6H20加水搅拌溶解制成一定浓度的FeCl3溶液；其次，把脱脂棉浸泡在FeCl3溶液中，然后取出后在高温炉中以一定温度和真空条件进行还原反应；再次，将还原反应后的物质用酒精封并研磨，反复用磁力去除非磁性物质，得到所述C/Fe3O4磁性颗粒。优选地，所述步骤2所述溶胶-凝胶法包括将所述CVFe3O4磁性颗粒与按一定量比例水解的乙醇和正硅酸乙酯(TEOS)反应，使所述CVFe3O4磁性颗粒表面包覆SiO2。进一步优选地，所述步骤2具体包括:首先，将所述包裹碳纤维层的Fe3O4磁核颗粒置于烧杯，向烧杯中加入一定量乙醇，再加入和一定比例的正硅酸乙酯(TEOS)快速搅拌，加入少许盐酸和去离子水反应一定时间确保正硅酸乙酯完全水解；其次，施加超声震荡并反复数次用磁力去除非磁性物质后，在一定温度和真空条件下高温定性；再次，取出物质进行研磨，取得所述高稳定可控回收磁性功能颗粒。其中，所述CVFe3O4磁性颗粒是外面包裹碳纤维层的Fe3O4磁核颗粒。利用上述方法，可以获得本发明的高稳定性磁性功能颗粒，其中心是Fe3O4磁核，Fe3O4磁核外层包裹一层碳纤维层,最外层包裹SiO2层。 本发明解决了现有制备磁性颗粒制备工艺复杂、成本高、容易氧化、易团聚的问题，发明了一种工艺简单、成本低、分散性好、高稳定性的制备磁功能颗粒的新技术途径。其优点主要有:(1)原料简单。(2)制备工艺操作简单。(3)无需添加保护剂等，有效防止引入其他物质。(4)分散性好，SiOJt为包覆层可以屏蔽磁性粒子之间的偶极相互作用，阻止粒子团聚。(5)稳定性高，SiO2作包覆层可有效防止颗粒氧化失去磁性。(6)5102作为包覆层，具有良好的生物相容性、亲水性以及非常好的稳定性，为其运用在生物医学方面打好坚实的基础，可作为细胞分离、靶向药物、免疫检测的载体。(7)可以用于工业大规模生产，有效解决了当前磁功能性颗粒载体只能实验室制备，难以满足应用需求。
图1为本发明实施例的C/Fe304颗粒的透射电镜图；图2为本发明实施例的SiO2AVFe3O4颗粒的透射电镜图；图3为本发明实施例的CVFe3O4颗粒和Si02/C/Fe304颗粒的XRD图；图4为本发明实施例的CVFe3O4颗粒和Si02/C/Fe304颗粒的磁滞回线图；图5为本发明实施例的SiO2AVFe3O4颗粒结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。本发明所述的高稳定可控回收磁性功能颗粒的制备方法采用高温碳还原工艺加工制成CVFe3O4颗粒，再通过溶胶-凝胶法包覆SiO2,制成SiO2AVFe3O4颗粒，该Si02/C/Fe304颗粒即本发明所述高稳定可控回收磁性功能颗粒。
本发明的制备方法具体包括:1、C/Fe304磁性颗粒的制备(I)FeCl3.6H20加水搅拌溶解制成一定浓度的FeCl3溶液。(2)把脱脂棉浸泡在步骤(I)得到的FeCl3溶液中，取出后在高温炉中一定温度和真空条件下进行一定时间的还原反应。取出后的物质酒精封，研磨，多次磁力去除非磁性物质。得到C/Fe304纳米磁核。用脱脂棉的主要成分碳还原溶液中的铁离子，再在一定的氧气环境下将其氧化成Fe3O4的方法，制得如图1所示的颗粒，颗粒表面有极薄的一层碳纤维，这层碳纤维可以起到保护Fe3O4氧化成氧化铁的作用，同时，得到的颗粒为固态，可以通过直观的观察对实验进行实时优化。图1为实验所得C/Fe304颗粒的透射电镜图，从图中可以看出制备出的颗粒为方形，且周围有一层碳纤维包裹。2.高稳定性SiO2AVFe3O4磁功能性颗粒的制备取上述C/Fe304颗粒置于烧杯中，向烧杯中加入一定量乙醇，再加入和一定比例的正硅酸乙酯(TEOS)快速搅拌，加入少许盐酸和去离子水反应一定时间确保正硅酸乙酯完全水解。超声震荡，数次磁力去除非磁性物质后，在一定温度和真空条件下高温定性。取出后物质研磨，得到高稳定性SiO2AVFe3O4磁功能性颗粒。SiO2包覆层如图2所示，有效的起到定性防止CVFe3O4氧化、提高颗粒稳定性的作用。图2为实验所得Si02/C/Fe304颗粒的透射电镜图，从图中可以看出最外面报复了浅色的SiO2层。从图3(a)是C/Fe304颗粒的XRD曲线，可以看出Fe3O4颗粒由于在固相中接触空气，部分被氧化。图3(b)可以看出中可以看出2 Θ在20-30°处有一个波包，此波包证明了无定形SiO2和玻璃体的存在，且没有了氧化铁的峰，颗粒没有被氧化，证明SiO2表面改性提高了颗粒的稳定性，有效的防止了颗粒被氧化。图4是两种颗粒的磁滞回线，饱和磁化强度高，剩磁小，完全满足磁性回收条件。可以看出包覆后饱和此话强度明显降低，剩磁小，同样满足磁控回收条件，同时证明表面包覆均匀，包覆成功。图5示出了本发明实施例所制备的Si02/C/Fe304颗粒结构示意图。其中心是Fe3O4磁核1，Fe3O4磁核外层包裹一层碳纤维层2,最外层包裹SiO2层3。本发明解决了现有制备磁性颗粒制备工艺复杂、成本高、容易氧化、易团聚的问题，发明了一种工艺简单、成本低、分散性好、高稳定性的制备磁功能颗粒的新技术途径。其优点主要有:(1)原料简单。(2)制备工艺操作简单。(3)无需添加保护剂等，有效防止引入其他物质。(4)分散性好，SiOJt为包覆层可以屏蔽磁性粒子之间的偶极相互作用，阻止粒子团聚。(5)稳定性高，SiO2作包覆层可有效防止颗粒氧化失去磁性。(6)5102作为包覆层，时刻里具有良好的生物相容性、亲水性以及非常好的稳定性，为其运用在生物医学方面打好坚实的基础，可作为细胞分离、靶 向药物、免疫检测的载体。(7)可以用于工业大规模生产，有效解决了当前磁功能性颗粒载体只能实验室制备，难以满足应用需求。本领域的技术人员可以对本发明进行各种改型和改变。因此，本发明覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。
权利要求
1.一种高稳定可控回收磁性功能颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，通过高温碳还原工艺加工制成CVFe3O4磁性颗粒； 步骤2，通过溶胶-凝胶法向所述CVFe3O4磁性颗粒包覆SiO2,制成所述高稳定可控回收磁性功能颗粒。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤I的所述高温碳还原工艺是使用脱脂棉中的碳还原含Fe离子溶液中的Fe离子，再在氧气环境下将其氧化为Fe3O4,生成CVFe3O4磁性颗粒。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤I具体包括:首先，FeCl3.6Η20加水搅拌溶解制成一定浓度的FeCl3溶液；其次，把脱脂棉浸泡在FeCl3溶液中，然后取出后在高温炉中以一定温度和真空条件进行还原反应；再次，将还原反应后的物质用酒精封并研磨，反复用磁力去除非磁性物质，得到所述CVFe3O4磁性颗粒。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2所述溶胶-凝胶法包括将所述CVFe3O4磁性颗粒与按一定量比例水解的乙醇和正硅酸乙酯(TEOS)反应，使所述C/Fe304磁性颗粒表面包覆Si02。
5.如权利要求 4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体包括:首先，将所述包裹碳纤维层的Fe3O4磁核颗粒置于烧杯，向烧杯中加入一定量乙醇，再加入和一定比例的正硅酸乙酯(TEOS)快速搅拌，加入少许盐酸和去离子水反应一定时间确保正硅酸乙酯完全水解；其次，施加超声震荡并反复数次用磁力去除非磁性物质后，在一定温度和真空条件下高温定性；再次，取出物质进行研磨，取得所述高稳定可控回收磁性功能颗粒。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述CVFe3O4磁性颗粒是外面包裹碳纤维层的Fe3O4磁核颗粒。
7.—种高稳定性磁性功能颗粒,其特征在于,其中心是Fe3O4磁核,Fe3O4磁核外层包裹一层碳纤维层，最外层包裹SiO2层。
全文摘要
本发明公开了一种高稳定的可控回收磁性功能颗粒及其制备方法。所述高稳定可控回收磁性功能颗粒的制备方法，包括以下步骤步骤1，通过高温碳还原工艺加工制成C/Fe3O4磁性颗粒；步骤2，通过溶胶一凝胶法向所述C/Fe3O4磁性颗粒包覆SiO2，制成所述高稳定可控回收磁性功能颗粒。本发明的高稳定性磁性功能颗粒其中心是Fe3O4磁核，Fe3O4磁核外层包裹一层碳纤维层，最外层包裹SiO2层。本发明优点主要有原料简单，制备工艺操作简单，无需添加保护剂等，有效防止引入其他物质，分散性好，稳定性高，具有良好的生物相容性、亲水性以及非常好的稳定性，可以用于工业大规模生产。
文档编号C01B31/02GK103219118SQ20131002231
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月7日 优先权日2012年6月11日
发明者薛晨阳, 马修春, 丑修建, 张强, 李俊漾, 张文栋, 刘俊, 熊继军 申请人:中北大学