本发明涉及一种水溶性铁磁纳米粒子的制备方法，即运用原子转移自由基聚合制备一系列具有不同静电‑疏水性能的水溶性纳米粒子，利用不同疏水作用在生物质分离、细胞及生物体摄入、抗菌、载药等生物性能的差异，可对磁性纳米粒子生物性能进行最优化和调控。方法易于控制，在治疗诊断学方面具有广阔的应用前景和研发价值。
1.一种水溶性铁磁纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)通过共沉淀法制备单层油酸修饰的油基磁性纳米粒子：将FeCl3·6H2O和FeSO4·4H2O溶于去离子水中，氮气保护下于78～82°C下快速加入氨水，温度稳定后逐滴加入油酸并搅拌80～100min，制得双层油酸修饰的水基磁流体； 将所述双层油酸修饰的水基磁流体与甲苯溶液混合并加入NaCl后分液萃取，重复三次后分水回流除水3～4h，制得单层油酸修饰的油基磁性纳米粒子； 所述FeSO4·4H2O与FeCl3·6H2O质量比为1：1.75～1.8； 所述FeSO4·4H2O与去离子水的质量比为1：25～30； 所述氨水与去离子水的体积比为1：3.8～4； 所述甲苯与所述双层油酸修饰的水基磁流体的体积比为1：1.8～2； 所述氯化钠与甲苯溶液质量比为1：3.5～4； (2)通过配体交换法制备硅烷偶联剂修饰的油基磁性纳米粒子：取溴异丁基酰溴溶于二氯甲烷，在冰浴下缓慢滴入含3-氨丙基三乙氧基硅烷和三乙胺的二氯甲烷溶液中，控制滴加速度为6～8秒/滴；滴加完毕，室温下继续反应4小时后抽滤，用盐酸溶液、氯化钠溶液和水洗涤初产品，然后用无水硫酸镁干燥45～60分钟，25～30°C下旋蒸20～30分钟，制备溴异丁基硅烷偶联剂BMTP； 将所述溴异丁基硅烷偶联剂、三乙胺溶解在所述单层油酸修饰的油基磁性纳米粒子的甲苯分散液中，氮气保护下搅拌48～50h，反应结束后加入石油醚沉淀并重新分散在甲苯中，重复三次后将产品溶解在二甲基甲酰胺中，在二甲基甲酰胺中透析
70～72小时，得到硅烷偶联剂修饰的油基磁性纳米粒子； 所述溴异丁基酰溴、3-氨丙基三乙氧基硅烷、三乙胺和二氯甲烷的体积比为1：1.8～2：1.8～2：12； 所述二氯甲烷、盐酸溶液、氯化钠盐溶液和水的体积比为1：1～1.2：1～1.2：1～1.2； 所述溴异丁基硅烷偶联剂、三乙胺、所述单层油酸修饰的油基磁性纳米粒子的质量比为1：1.7～1.8：190～195； (3)利用原子转移自由基聚合制备聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯修饰的水溶性铁磁纳米粒子：将所述硅烷偶联剂修饰的油基磁性纳米粒子、聚合单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、配体六甲基三亚乙基四胺溶解在二甲基甲酰胺中，通氮驱氧至少一小时，在氮气流中加入CuCl和CuCl2，升温至90～95°C，在氮气环境中反应24～30小时后，将初产品在DMF中透析一天后在水中透析三天，将透析产品冻干，制取聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯修饰的水基磁性纳米粒子； 所述配体六甲基三亚乙基四胺、聚合单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的体积比为1：200～250； 所述CuCl2、CuCl的质量比为1：4～4.5； 所述聚合单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、硅烷偶联剂修饰的油基磁性纳米粒子的质量比为1：9.5～10。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括利用不同卤代烃季铵盐化制备不同静电-疏水性能的水溶性铁磁纳米粒子：将所述聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯修饰的水基磁性纳米粒子溶解在异丙醇中，加入不同链长的卤代烃后避光条件下反应24～30小时；产物在异丙醇中透析45～48小时后真空干燥12～15小时，溶解在水中，并用450nm滤头过滤三次，冻干后得到不同静电-疏水性能的水溶性铁磁纳米粒子。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯修饰的水基磁性纳米粒子、异丙醇的质量比为1：180～200；所述异丙醇与卤代烃的体积比为1：1～1.1；所述氨水的质量分数为23～25％；所述盐酸的pH值为2～3；所述氯化钠溶液的浓度为90～100mM。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述不同链长的卤代烃选自溴乙烷、溴丁烷、溴己烷、溴辛烷、溴癸烷、溴化苄。
一种水溶性铁磁纳米粒子的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种新型高分子材料技术，具体为运用原子转移自由基聚合合成一系列具有不同静电-疏水性能的水溶性纳米粒子，属于新材料技术领域。
背景技术
[0002] 近几年来，磁性纳米粒子的行为及其在多领域的应用已经被研究人员广泛关注。在磁性纳米粒子的研究中，对磁性纳米粒子的合成条件及表面修饰是至关重要的，因为这决定了它们的理化性质、颗粒稳定性及生物活性。具有适当的理化性质及修饰后表面性能的磁性纳米粒子已经在载药、过高热、核磁共振、组织工程及修复、生物传感器、生化分离及分析等多领域取得了广泛应用。
[0003] 原子转移自由基聚合是以简单的有机卤化物为引发剂、过渡金属配合物为卤原子载体，通过氧化还原反应，由链传递自由基和休眠体—主要是引发剂卤代烃(R-X)和高分子产物(R-Pn-X)之间所建立的动态平衡实现对聚合反应的控制。原子转移自由基聚合可用于改性纳米粒子，提高稳定性和分散性，在制备杂化材料方面已取得广泛应用。
[0004] 在聚电解质同蛋白质等生物大分子及细菌、细胞等生物有机体相互作用时，静电作用和疏水作用总是相辅相成的，研究发现，疏水作用可以对静电作用为主导的聚电解质-生物质相互作用起到调控和放大作用，进而影响聚电解质、修饰聚电解质纳米粒子的生物性能。
[0005] 本发明采用了一种新方法，即运用原子转移自由基聚合合成一系列具有不同静电-疏水性能的水溶性纳米粒子，利用不同疏水作用在生物质分离、细胞及生物体摄入、抗菌、载药等生物性能的差异，可对磁性纳米粒子生物性能进行最优化和调控。该制备方法易于控制，具有广阔的应用前景和研发价值。
发明内容
[0006] 鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种磁纳米粒子为平台合成具有不同疏水性能的纳米粒子，构建可结合磁响应性、T2呈像特性、荧光响应性等特性的新型磁性纳米体系，在磁共振成像、生物质分离、药物释放等领域具有潜在的应用价值。具体技术方案如下：
[0007] 一种水溶性铁磁纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：
[0008] (1)通过共沉淀法制备单层油酸修饰的油基磁性纳米粒子：将FeCl3·6H2O和FeSO4·4H2O溶于去离子水中，氮气保护下于78～82℃下快速加入氨水，温度稳定后逐滴加入油酸并搅拌80～100min，制得双层油酸修饰的水基磁流体；
[0009] 将所述双层油酸修饰的水基磁流体与甲苯溶液混合并加入NaCl后分液萃取，重复三次后分水回流除水3～4h，制得单层油酸修饰的油基磁性纳米粒子；
[0010] 所述FeSO4·4H2O与FeCl3·6H2O质量比为1：1.75～1.8；
[0011] 所述FeSO4·4H2O与去离子水的质量比为1：25～30；
[0012] 所述氨水与去离子水的体积比为1：3.8～4；
[0013] 所述甲苯与所述双层油酸修饰的水基磁流体的体积比为1：1.8～2；
[0014] 所述氯化钠与甲苯溶液质量比为1：3.5～4；
[0015] (2)通过配体交换法制备硅烷偶联剂修饰的油基磁性纳米粒子：取溴异丁基酰溴溶于二氯甲烷，在冰浴下缓慢滴入含3-氨丙基三乙氧基硅烷和三乙胺的二氯甲烷溶液中，控制滴加速度为6～8秒/滴；滴加完毕，室温下继续反应4小时后抽滤，用盐酸溶液、氯化钠溶液和水洗涤初产品，然后用无水硫酸镁干燥45～60分钟，25～30℃下旋蒸20～30分钟，制备溴异丁基硅烷偶联剂BMTP；
[0016] 将所述溴异丁基硅烷偶联剂、三乙胺溶解在所述单层油酸修饰的油基磁性纳米粒子的甲苯分散液中，氮气保护下搅拌48～50h，反应结束后加入石油醚沉淀并重新分散在甲苯中，重复三次后将产品溶解在二甲基甲酰胺中，在二甲基甲酰胺中透析70～72小时，得到硅烷偶联剂修饰的油基磁性纳米粒子；
[0017] 所述溴异丁基酰溴、3-氨丙基三乙氧基硅烷、三乙胺和二氯甲烷的体积比为1：1.8～2：1.8～2：12；
[0018] 所述二氯甲烷、盐酸溶液、氯化钠盐溶液和水的体积比为1：1.2：1.2：1.2；
[0019] 所述溴异丁基硅烷偶联剂、三乙胺、所述单层油酸修饰的油基磁性纳米粒子的质量比为1：1.7～1.8：190～195；
[0020] (3)利用原子转移自由基聚合制备PDMAEMA修饰的水溶性铁磁纳米粒子：将所述硅烷偶联剂修饰的油基磁性纳米粒子、聚合单体DMAEMA、配体HMTETA溶解在二甲基甲酰胺中，通氮驱氧至少1小时后，在氮气流中加入CuCl和CuCl2，升温至90～95℃，在氮气环境中反应24～30小时后，将初产品在DMF中透析一天后在水中透析三天，将透析产品冻干，制取PDMAEMA修饰的水基磁性纳米粒子；
[0021] 所述配体HMTETA、聚合单体DMAEMA的体积比为1：200～250；
[0022] 所述CuCl2、CuCl的质量比为1：4～4.5；
[0023] 所述聚合单体DMAEMA、硅烷偶联剂修饰的油基磁性纳米粒子的质量比为1：9.5～10。
[0024] 该制备方法还包括利用不同卤代烃季铵盐化制备不同静电-疏水性能的水溶性铁磁纳米粒子：将所述PDMAEMA修饰的水基磁性纳米粒子溶解在异丙醇中，加入不同链长的卤代烃后避光条件下反应24～30小时；产物在异丙醇中透析45～48小时后真空干燥12～15小时后，溶解在水中，并用450nm滤头过滤三次，冻干后得到不同静电-疏水性能的水溶性铁磁纳米粒子。
[0025] 所述PDMAEMA修饰的水基磁性纳米粒子、异丙醇的质量比为1：180～200；所述异丙醇与卤代烃的体积比为1：1～1.1；所述氨水的质量分数为23～25％；所述盐酸的pH值为2～3；所述氯化钠溶液的浓度为90～100mM。
[0026] 所述不同链长的卤代烃选自溴乙烷、溴丁烷、溴己烷、溴辛烷、溴癸婉、溴化苄、溴乙醇。
[0027] 本发明的创新点在于采用了一种新的制备方法，以磁纳米粒子为平台构建具有不同疏水性能的纳米粒子。该制备方法简便快捷且易于控制，具有广阔的应用前景，尤其在治疗诊断学领域有望得到进一步应用。
附图说明
[0028] 图1是实施例1制备的单层油酸修饰的油基铁磁纳米粒子在透射电子显微镜下的观测图像；其中，(a)是油基磁性纳米粒子在透射电子显微镜下的观测图像、(b)是透射电子显微镜观测得到的粒径分布；
[0029] 图2是实施例3制备的PDMAEMA修饰的铁磁纳米粒子水溶液图片；
[0030] 图3是实施例3制备的PDMAEMA修饰的水溶性铁磁纳米粒子在透射电子显微镜下不同放大倍数的观测图像；其中，(a)是PDMAEMA修饰的水溶性铁磁纳米粒子在透射电子显微镜观测下的总体分布图像、(b)是PDMAEMA修饰的水溶性铁磁纳米粒子在透射电子显微镜观测下的局部分布图像；
[0031] 图4是实施例4制备的不同疏水-静电性能铁磁纳米粒子的尺寸及表面电荷分布图像；其中，(a)是溴乙烷季铵盐化后铁磁纳米粒子的尺寸分布、(b)是溴乙烷季铵盐化后铁磁纳米粒子的zeta电位。
具体实施方式
[0032] 下面，用实施例来进一步说明本发明内容，但本发明的保护范围并不仅限于实施例。对本领域的技术人员在不背离本发明精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。
[0033] 实施例1
[0034] 将FeCl3·6H2O和FeSO4·4H2O以质量比1：1.75溶于水中，氮气保护下80℃下快速加入氨水，温度稳定后逐滴加入油酸，油酸与氨水、水的体积比为1：20：100，搅拌一小时后，制得双层油酸修饰的水基磁流体。将上述制备的油酸修饰的磁纳米粒子与甲苯溶液按体积比2：1混合并加入NaCl后分液萃取，重复三次后分水回流除水3小时，制得单层油酸修饰的油基磁性纳米粒子。
[0035] 产品制备完成后进行TEM电镜分析，结果显示磁性纳米粒子在甲苯溶液中显示了良好的分散性，没有明显的团聚粒子出现，利用Nano Measurer计算器统计得到磁纳米粒子粒径大多分布在11～12nm之间，均在超顺磁性纳米粒子尺寸范围内，如附图1所示。
[0036] 实施例2
[0037] 取溴异丁基酰溴按体积比1：3溶于二氯甲烷，在冰浴下缓慢滴入3-氨丙基三乙氧基硅烷、三乙胺的二氯甲烷溶液中。控制滴加速度为7秒/滴，滴加完后室温下继续反应4小时后抽滤，按体积比1：1：1用盐酸溶液、氯化钠溶液和水洗涤抽滤后初产品2次后，用无水硫酸镁干燥一小时，37℃下旋蒸半小时，制备溴异丁基硅烷偶联剂BMTP；取溴异丁基硅烷偶联剂、三乙胺溶解在单层油酸修饰的油基磁性纳米粒子的甲苯分散液中，质量比分别为1：1.7：190，氮气保护下搅拌48h，反应结束后加入石油醚沉淀并重新分散在甲苯中，重复三次后将产品溶解在二甲基甲酰胺中，在二甲基甲酰胺中透析三天，制备硅烷偶联剂修饰的油基磁性纳米粒子。
[0038] 实施例3
[0039] 将配体HMTETA、聚合单体DMAEMA按体积比1：200溶解在硅烷偶联剂改性的油基磁性纳米粒子的二甲基甲酰胺溶液中，DMAEMA与硅烷偶联剂改性的油基磁性纳米粒子的质量比为1：10。通氮驱氧1小时后，在氮气流中按质量比1：4加入CuCl2和CuCl，升温至90℃，在氮气环境中反应24小时后，将初产品在DMF中透析一天后在水中透析三天，将透析产品冻干，制取PDMAEMA修饰的水基磁性纳米粒子。
[0040] 产品透析后冻干，获得水溶性，如附图2所示。
[0041] 本例产品制备完成后进行TEM电镜分析，结果显示磁性纳米粒子在水中显示了良好的分散性，没有明显的团聚出现，尺寸和形貌在聚合前后并未发生明显变化，如附图3所示。
[0042] 实施例4
[0043] 取PDMAEMA修饰的磁性纳米粒子按质量比1：200溶解在异丙醇中，加入圆底烧瓶后在避光条件下按体积比1：1加入不同链长的卤代烃避光条件下反应24小时后，在异丙醇中透析两天后真空干燥12小时，将初产物溶解在水中，用450nm滤头过滤三次，冻干后得到不同静电-疏水性能的水溶性铁磁纳米粒子。
[0044] 产品冻干后对其进行粒径和zeta电位分析，可以清晰观察到粒径在80nm左右，zeta电位在40mV左右，如附图4所示。
