[发明专利]介孔二氧化硅－磁性复合微粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料技术领域，特别涉及一种介孔二氧化硅—磁性复合微粒及其制备方法。

背景技术

自从Mobil公司的研究人员合成介孔二氧化硅以来，这种介孔分子筛给介孔固体材料的合成和应用带来了无限生机。例如：由于介孔材料具有可调节的纳米级孔道结构，可以作为纳米粒子的微反应器。此外，介孔固体材料由于其巨大的比表面积和均匀的孔尺寸，使其在催化方面有重要的应用，特别是在催化有大体积分子参加的反应中，介孔材料显示出优于沸石分子筛的催化活性。由于介孔固体的表面效应、量子限域效应及小尺寸效应都可能很显著，因此，它在光、电、磁等领域也有着巨大的应用前景。然而介孔二氧化硅在许多科学技术领域的应用中还有一些潜在的问题，特别是在吸附、分离方面。最大的一个难题就是从工业废水或生物流体等溶液中分离出吸附有目标分子的介孔二氧化硅。

磁性微粒在生物材料如细胞、蛋白质、DNA和RNA等的分离和纯化、生物分子标记和检测、免疫分析和靶向药物等生物和医学领域中的应用越来越广泛。这主要是基于磁性微粒的外磁场响应能力，比如磁性微粒在外磁场下的富集和定向运动。与常用的分离方法如沉淀法、离心法、离子交换法和各种层析方法相比，基于磁性微粒在外磁场作用下的富集而发展起来的磁分离技术具有方便快捷、所需设备简单、提取效率高等特点。而将磁性微粒作为药物载体，可以通过外磁场的作用实现药物的定向输送，把药物直接送到病变部位，可以大大的提高疗效，降低药物的副作用，在一些重大疾病如癌症的治疗上有着广泛的应用前景。

然而，磁性粒子有限的比表面积对其在许多技术领域的应用提出了巨大的挑战。即使对于很小的磁性粒子(如：30nm)，其比表面积也仅有40m²/g，进一步降低磁性粒子的尺寸来增加粒子的比表面积也不能得到理想的结果，因为取决于粒子尺寸的磁响应能力将变得非常弱以至于不能达到磁分离等目的。对于特定的表面功能，比表面积决定了磁性粒子的分离能力，因此迫切需要开发一种具有高比表面积的磁性复合微粒。

与本发明最相近的现有技术是专利号为03111351.6的中国发明专利，发明名称为“具有强磁场响应能力的磁性核壳微粒及其制备方法”。公开的磁性核壳微粒外壳是二氧化硅，其内包覆磁性铁氧体纳米粒子。制备方法有制备磁性铁氧体纳米粒子、无机硅源包覆、有机硅源包覆的过程。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服现有技术的不足，提出一种具有大比表面积的介孔二氧化硅—磁性复合微粒及其制备方法。这种介孔二氧化硅—磁性复合微粒具有多核结构，磁性物质含量高，具有很强的外磁场响应能力，在较低的磁场强度下不需专用的磁分离柱就能实现微粒的快速富集，外层为介孔二氧化硅结构，具有较大的比表面积和较强磁分离能力；制备方法中不需对磁性铁氧体纳米粒子进行胶溶处理，工艺过程更简单。

本发明的介孔二氧化硅—磁性复合微粒，其内核是二氧化硅包覆的磁性铁氧体纳米粒子，外壳是介孔二氧化硅，介孔孔径为2～4nm。所述的微粒具有多核结构，外壳内包覆有30～800个磁性铁氧体纳米粒子。微粒中磁性铁氧体纳米粒子的质量百分含量为50～80％。

本发明的介孔二氧化硅—磁性复合微粒的粒径为0.5～12μm，比表面积为180～210m²/g。

所说的磁性铁氧体纳米粒子指Fe₃O₄纳米粒子、γ-Fe₂O₃纳米粒子或掺过渡金属元素及其化合物的磁性铁氧体纳米粒子，它们具有超顺磁性，粒径为7～12nm。

本发明的介孔二氧化硅—磁性复合微粒的磁场响应能力为：对10mL复合微粒的水溶胶，在0.2T的外加磁场下，粒子富集时间在30秒以内。通过透射电镜可以看到这种介孔二氧化硅—磁性复合微粒含有的磁性铁氧体纳米粒子的个数为30～800个。

本发明的介孔二氧化硅—磁性复合微粒的制备方法，有制备磁性铁氧体纳米粒子、无机硅源包覆、介孔二氧化硅包覆的工艺过程。

即，介孔二氧化硅—磁性复合微粒的制备方法，首先利用已知的共沉淀法制备磁性铁氧体纳米粒子；再将洗好的磁性铁氧体纳米粒子直接分散到含SiO₂的水溶性无机盐的水溶液中搅拌进行无机硅源包覆。最后进行介孔二氧化硅包覆过程，将完成无机硅源包覆的磁性铁氧体纳米粒子分散到水溶液中，加入十六烷基三甲基溴化铵模板剂，并使模板剂吸附到磁性粒子表面，加入正硅酸乙酯使之在模板剂表面水解缩合进行介孔二氧化硅包覆。