專利名稱：親水性單分散羧基超順磁微球的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機化學(xué)領(lǐng)域的合成方法，具體涉及一種親水性單分散羧基 超順磁微球的合成方法。
背景技術(shù)：
納米超順磁性材料以其優(yōu)越的性能被廣泛的應(yīng)用于磁記錄材料、電磁感應(yīng)器 件等工業(yè)領(lǐng)域。由于納米超順磁性鐵氧體材料具有無毒，體內(nèi)可代謝、磁場下操 控性能好等優(yōu)點，近年來在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，如用于生物分離與 純化、腫瘤磁熱療、靶向載藥以及磁共振成像等領(lǐng)域。 一般來說，適于生物醫(yī)學(xué) 領(lǐng)域的納米超順磁材料必須具備表面親水性、水相中分散穩(wěn)定、生物相容性好、 表面功能基團化、磁響應(yīng)速度快等特點。
納米超順磁材料指的是常溫下無矯頑力和剩磁，具有超順磁性的材料。目前 在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的納米超順磁材料主要有兩類，即納米超順磁性顆粒材料和 超順磁性微球，其中納米超順磁性顆粒材料為單晶或多晶超順磁顆粒，粒徑一般 為5 100nm;超順磁性微球則是由許多超順磁顆粒組合而成，粒徑從幾十納米至 幾微米不等。相對于納米超順磁性顆粒材料，超順磁性微球因磁性物質(zhì)含量高， 在磁場下的響應(yīng)速度更快，可操控性能也更佳，具有很好的應(yīng)用前景。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，目前超順磁性微球的制備方法可分為物理法 和化學(xué)法，由于化學(xué)法具有能耗低，產(chǎn)率高，制備條件溫和，產(chǎn)物粒徑均一等優(yōu) 點，被廣泛的用于合成超順磁性微球。在申請?zhí)枮?00410009788.9，發(fā)明名稱為 "一種合成系列單分散鐵酸鹽納米磁珠的方法"的中國專利申請中提出以水合氯 化鐵為鐵源，以乙二醇為溶劑，在密閉反應(yīng)器中通過高溫溶劑熱方法制備超順磁 性微球的方法，該方法操作簡便，但由于該反應(yīng)體系中堿性弱，鐵鹽水解緩慢， 因此微球制備時間長，需要8 72小時反應(yīng)才能完成。而且所得微球表面為乙二 醇吸附，在水相中的分散穩(wěn)定性不佳，表面未實現(xiàn)功能化，也不利于下游的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種親水性單分散羧基超順 磁微球的合成方法。該方法以尿素作為均相沉淀劑，羧酸或羧酸鹽作為表面修飾 劑，通過高溫下的多醇還原反應(yīng)得到粒徑在50nm 500nm的單分散磁性微球。尿 素作為均相沉淀劑提供堿性環(huán)境，促進鐵鹽的水解和相轉(zhuǎn)化，合成反應(yīng)時間減少 為6 10小時；羧酸或羧酸鹽作為表面修飾劑，使合成的羧基磁性微球具有很好 的親水性，能在較寬pH范圍的水溶液中分散穩(wěn)定，表面的羧基有利于與各種生 物分子進行耦聯(lián)；而且通過調(diào)節(jié)反應(yīng)參數(shù)可方便的調(diào)控微球理化性質(zhì)。該制備方 法所采用原料價廉易得，對環(huán)境友好，操作簡便，對設(shè)備要求低，適于大規(guī)模工 業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
可溶性的鐵鹽、尿素、水以及羧酸或羧酸鹽溶于乙二醇中，然后將其置于密 閉容器中，在160-300'C條件下進行多醇還原反應(yīng)，加熱時間為6 10小時；所 得產(chǎn)物先用乙醇清洗，再用去離子水清洗，在40-8(TC烘干，制得單分散羧基化 納米Fe304超順磁微球。
所述的可溶性鐵鹽的量為20mL的乙二醇中加入lmmol到lOmmol的可 溶性的鐵鹽。
所述的尿素的量為20mL的乙二醇中加入8mmo1到4Ommo1的尿素。 所述的水的量為20mL的乙二醇中加入60微升到500微升的水。 所述的羧酸鹽的量為20mL的乙二醇中加入0.03mmo1到3mmo1的羧酸或
羧酸鹽。
所述的可溶性鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵或醋酸鐵； 所述的羧酸為脂肪族二元羧酸、脂肪族多元羧酸、聚多酸或者它們的衍生 物，其中脂肪族二元羧酸為丁二酸、蘋果酸、酒石酸、衣康酸、天冬氨酸或者它 們的衍生物；脂肪族多元羧酸為檸檬酸、環(huán)己垸三羧酸、環(huán)己垸六羧酸、乙烯基 二胺四乙酸、乙二胺四乙酸或者它們的衍生物；聚多酸為聚丙烯酸、聚甲基丙烯 酸、海藻酸或者它們的衍生物。
本方法以可溶性的鐵鹽或亞鐵鹽為鐵源，以二元或多元羧酸為表面功能基團 和分散穩(wěn)定基團，使合成的親水性單分散羧基化超順磁微球能在較寬pH范圍的 水溶液中分散穩(wěn)定，而且微球表面的羧基密度可控，方便與各種生物活性分子的 耦聯(lián)，以均相沉淀劑尿素提供堿性環(huán)境，促進鐵鹽在多醇溶劑中的水解，反應(yīng)時 間縮短為6 10小時，產(chǎn)物粒徑均一；微球粒徑可調(diào)控范圍大，而且其磁物理特 性也可通過改變反應(yīng)參數(shù)方便地進行調(diào)控。采用的原料價廉易得，產(chǎn)物質(zhì)量穩(wěn)定， 合成過程對設(shè)備要求低，制備工藝簡便，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，是一種對環(huán)境無污 染的綠色合成方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。在該磁珠的基礎(chǔ)上，可方便的進行無 機或高分子表面包覆，拓展該磁珠在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。


圖1親水性單分散羧基化納米Fe304超順磁微球的掃描電鏡圖。
具體實施方法
實施例l:以氯化鐵為鐵源，擰檬酸為羧基化試劑，制備親水性單分散羧基 化納米Fe304超順磁微球
5mmo1無水氯化鐵、3mmo1檸檬酸、500微升水及20mmo1尿素溶于20ml 乙二醇溶劑中，混合溶液置于30ml水熱釜中，在200'C下加熱6小時，所得黑 色沉淀分別用乙醇和去離子水洗滌3次，并在45"C烘干，制得粒徑約為200nm、 表面小分子羧酸修飾的納米Fe304超順磁微球。
實施例2:以硫酸鐵為鐵源，檸檬酸鈉為羧基化試劑，在乙二醇中制備單分 散羧基化納米Fe304超順磁微球
lmmol十二水合硫酸鐵、lmmol酒石酸鈉、100微升水及8mmo1尿素溶于 20ml乙二醇溶劑中，混合溶液置于30ml水熱釜中，在20(TC下加熱8小時，所 得黑色沉淀分別用乙醇和去離子水洗滌3次，并在4(TC烘干，制得粒徑約為50nm 的親水性單分散羧基化納米Fe304超順磁微球。
實施例3:以醋酸鐵為鐵源，丁二酸為羧基化試劑，制備親水性單分散羧基 化納米Fe304超順磁微球
2mmo1醋酸鐵、lmmol 丁二酸、60微升水及20mmo1尿素溶于20ml乙二醇 溶劑中，混合溶液置于30ml水熱釜中，在16(TC下加熱IO小時，所得黑色沉淀
分別用乙醇和去離子水洗滌3次，并在40。C烘干，制得粒徑約為300nm、表面小 分子羧酸修飾的納米Fe304超順磁微球。
實施例4:以硝酸鐵為鐵源，乙二胺四乙酸為羧基化試劑，制備粒徑200nm 的高分子修飾的親水性單分散羧基化納米Fe304超順磁微球
L5mmo1硝酸鐵、0.3mmo1乙二胺四乙酸及20mmo1尿素溶于20ml乙二醇溶 劑中，混合溶液置于30ml水熱釜中，在25(TC下加熱6小時，所得黑色沉淀分 別用乙醇和去離子水洗滌3次，并在50。C烘干，制得粒徑約為200nm、表面高分 子羧酸修飾的納米Fe304超順磁微球。
實施例5:以六水合氯化鐵為鐵源，聚丙烯酸鈉為羧基化試劑，制備粒徑50nm 的親水性單分散羧基化納米Fe304超順磁微球
2mmo1六水合氯化鐵、lmmol聚丙烯酸鈉(分子量為5100)及20mmo1尿 素溶于20ml乙二醇溶劑中，混合溶液置于30ml水熱釜中，在200'C下加熱8小 時，所得黑色沉淀分別用乙醇和去離子水洗滌3次，并在5(TC烘干，制得粒徑 約為100nm、表面高分子羧酸修飾的納米Fe304超順磁微球。
實施例6:以氯化鐵為鐵源，蘋果酸為羧基化試劑，制備親水性單分散羧基 化納米Fe304超順磁微球
lOmmol無水氯化鐵、0.03mmo1蘋果酸、240微升水及40mmo1尿素溶于20ml 乙二醇溶劑中，混合溶液置于30ml水熱釜中，在200'C下加熱IO小時，所得黑 色沉淀分別用乙醇和去離子水洗滌3次，并在8(TC烘干，制得粒徑約為500nm 的親水性單分散羧基化納米Fe304超順磁微球。
權(quán)利要求
1、一種親水性單分散羧基超順磁微球的合成方法，其特征在于，包括如下步驟將可溶性的鐵離子鹽、尿素、水以及羧酸或羧酸鹽溶于乙二醇中；然后將其置于密閉容器中，在160℃到250℃條件下進行多醇還原反應(yīng)，加熱時間為6到10小時；所得產(chǎn)物先用乙醇清洗，再用去離子水清洗；在40℃到80℃烘干，制得單分散羧基化納米Fe3O4超順磁微球。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的親水性單分散羧基超順磁微球的合成方法，其特 征是，所述的可溶性鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵或醋酸鐵。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的親水性單分散羧基超順磁微球的合成方法，其特征是，所述的羧酸為脂肪族二元羧酸、脂肪族多元羧酸、聚多酸或者它們的衍生物。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的親水性單分散羧基超順磁微球的合成方法，其特 征是，所述的脂肪族二元羧酸為丁二酸、蘋果酸、酒石酸、衣康酸、天冬氨酸或 者它們的衍生物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的親水性單分散羧基超順磁微球的合成方法，其特 征是，所述的脂肪族多元羧酸為檸檬酸、環(huán)己垸三羧酸、環(huán)己垸六羧酸、乙烯基 二胺四乙酸、乙二胺四乙酸或者它們的衍生物。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的親水性單分散羧基超順磁微球的合成方法，其特 征是，所述的聚多酸為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、海藻酸或者它們的衍生物。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的親水性單分散羧基超順磁微球的合成方法，其特 征是，所述的可溶性鐵鹽的量為20mL的乙二醇中加入lmmol到lOmmol的 可溶性的鐵鹽。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的親水性單分散羧基超順磁微球的合成方法，其特 征是，所述的尿素的量為20mL的乙二醇中加入8mmo1到40mmo1的尿素。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的親水性單分散羧基超順磁微球的合成方法，其特 征是，所述的水的量為20mL的乙二醇中加入60微升到500微升的水。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的親水性單分散羧基超順磁微球的合成方法，其特 征是，所述的羧酸鹽的量為20mL的乙二醇中加入0.03mmol到3mmo1的羧酸或羧酸鹽。
全文摘要
一種合成親水性單分散羧基超順磁微球的方法，屬于無機化學(xué)領(lǐng)域，本發(fā)明以可溶性的鐵離子鹽、尿素、水以及羧酸或羧酸鹽為原料，將其溶于乙二醇中，在160-250℃條件下通過多醇還原反應(yīng)制備表面羧基化的納米四氧化三鐵超順磁性微球，通過控制反應(yīng)參數(shù)可得到系列不同直徑和表面羧基密度的磁性微球。該方法制備的表面羧基化微球具有大小均勻、在較大的pH范圍內(nèi)分散穩(wěn)定，以及比飽和磁化強度高等特點，所需原料無毒，對環(huán)境友好，而且價格低廉，操作簡單，對設(shè)備要求低，產(chǎn)率高，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。以該磁珠為基礎(chǔ)，通過無機或高分子表面包覆可進一步拓展該磁珠在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。
文檔編號C01G49/08GK101353181SQ20081004145
公開日2009年1月28日 申請日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者古宏晨, 文穎慧, 程昌明 申請人:上海交通大學(xué)