[发明专利]锚定在Fe3O4纳米粒子表面上的方法及聚合物-Fe3O4杂化磁性纳米粒子制备方法

说明书

技术领域

发明涉及磁性材料领域，特别涉及到一种以聚合物为壳、纳米Fe₃O₄为核的杂化磁性纳米粒子的制备方法。

背景技术

超顺磁性纳米粒子在靶向给药、核磁共振成像显影剂、热疗、生物分离等生物医药领域有广泛的应用。众多磁性纳米粒中，纳米Fe₄O₃由于具有磁性强、制备相对简单而且生物相容性好等特点，最为引人注目。由于磁性纳米粒子比表面积很大，易于团聚而导致纳米效应所产生的性能消失，而且磁性粒子只有当其具有纳米结构、较强的超顺磁性、较均一的粒径、水溶性和稳定性才能够在生物技术领域应用。在磁性纳米粒子接枝聚合物进行表面修饰，能够比较好地解决上述应用困难，而且能够更进一步赋予磁性纳米粒子的多功能性。聚合物通过化学修饰或者物理包覆纳米粒子是常用的修饰纳米粒子的方法。化学修饰法包括“Grafting to”和“Grafting from”两种方法；“Grafting to”方法使用预先合成好的末端带有功能基团的聚合物，与纳米粒子表面的反应性基团通过化学反应或者交换反应，接枝到纳米粒子表面；“Grafting from”方法(又称表面引发聚合法)是把引发剂或者链转移剂等小分子先引入到纳米粒子表面，再原位引发单体聚合，从而实现纳米粒子表面聚合物接枝改性。Grafting to法虽然简单，但由于聚合物的空间位阻效应而导致接枝密度较低，而Grafting from法是小分子单体在纳米粒子上的聚合反应，空间位组较小，因此能达到比较高的接枝密度。

在用Grafting from法对纳米粒子进行聚合物接枝改性时，如果采用传统的接枝聚合技术，不能有效控制壳层聚合物的分子量和分子量分布，相应地纳米粒子上聚合物壳层的厚度也是不可控的，同时还会生成游离的聚合物(不是接在纳米粒子表面上)。以上问题可通过活性聚合技术得以解决，活性聚合特别是活性自由基聚合是合成具有精确分子尺寸和复杂结构聚合物最有效的手段。在已有的活性自由基聚合体系中，可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合由于适用单体范围广泛、聚合反应条件温和，较氮氧调节自由基聚合、原子转移自由基聚合等具有更强的分子设计能力。

在纳米粒子表面进行RAFT活性聚合的关键是设法将RAFT链转移剂(或称RAFT试剂)引入到纳米粒子表面，已报道的方法通常是通过化学耦联法引入，但是这种方法涉及多步化学反应，制备和后处理过程繁琐，操作复杂。对于Fe₃O₄磁性纳米粒子而言，在其表面引入RAFT试剂的方法还未见报道。因此，寻求简单的方法把RAFT试剂引入到Fe₃O₄纳米粒子表面，再原位引发单体聚合，从而实现Fe₃O₄纳米粒子表面聚合物接枝改性，将具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种操简单易行的新方法，在Fe₃O₄纳米粒子上引入一种RAFT试剂，再原位引发乙烯基单体活性可控自由基聚合，制备以聚合物为壳、纳米Fe₃O₄为核的杂化磁性纳米粒子。

为了实现上述目的，本发明的解决方案如下：将RAFT链转移剂S-I-十二烷基-S′-(α，α′-二甲基-α″-乙羧基)三硫代碳酸酯(DDMAT)与油酸稳定的纳米Fe₃O₄发生配体交换反应，把DDMAT引入纳米Fe₃O₄表面，获得锚固RAFT试剂的Fe₃O₄纳米粒子(Fe₃O₄-DDMAT)，随后以此为RAFT试剂，在自由基聚合引发剂存在下进行苯乙烯(St)或N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)聚合。以聚N-异丙基丙烯酰-Fe₃O₄杂化磁性纳米粒子为例，反应式可表示如下：

上述通过RAFT试剂DDMAT与油酸稳定的纳米Fe₃O₄间的配体交换反应，合成纳米Fe₃O₄-DDMAT，具体包括以下步骤：

(1)按文献(Am.Chem.Soc.，2004，126，273)合成油酸稳定的纳米Fe₃O₄。