[发明专利]一种水溶性核壳磁光双功能纳米粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料技术领域，涉及一种水溶性核壳磁光双功 能纳米材料及制备方法。

背景技术

磁性纳米粒子的种类很多，较为常见的有金属合金、金属氧化物、 铁酸盐系列。在众多磁性纳米粒子中，人们对铁酸盐系列的研究最多。 铁酸盐系列磁性纳米粒子主要有Fe₃O₄，MnFe₂O₄，CoFe₂O₄，NiFe₂O₄等。铁酸盐磁性纳米粒子具有独特的磁学性质，如超顺磁性和高饱和磁 化强度等，在靶向药物载体、磁共振成像、细胞和生物分子分离、免疫 检测等生物医学领域具有广阔的应用前景，因此近年来备受人们的关 注。

目前，磁性纳米粒子的制备方法很多，主要有化学共沉淀法、高温 分解法和水热法。化学共沉淀法制备的磁性纳米粒子往往具有较高的比 表面积和强烈的聚集倾向，且化学稳定性不高，易被氧化，容易团聚， 不利于应用。水热法要求的反应条件苛刻，不容易控制，操作起来相对 有些难度。除此之外，制备出的纳米粒子不容易洗涤而且产率低。高温 热解制备的纳米粒子有很好的单分散性，粒子粒径较小，一般小于10 nm。粒径较小的纳米粒子很容易进行包裹修饰，从而实现粒子从油溶 性到水溶性的转变。

由于磁性纳米粒子具有较高的比表面积和强烈的聚集倾向，且化学 稳定性不高，易被氧化，难以直接应用。为了解决这些问题，必须对纳 米粒子进行表面修饰。许多研究表明，无定型的二氧化硅材料具有无毒 性、生物相容性以及不易受免疫系统影响等特点。在CoFe₂O₄表面包裹 一层SiO₂后，能使纳米粒子在水溶液中稳定分散，而且SiO₂表面容易 进行化学修饰，有利于CoFe₂O₄SiO₂复合粒子的进一步生物功能化。

在纳米粒子表面修饰SiO₂制备核壳结构复合纳米粒子的常见方法 主要有溶胶-凝胶法(sol-gel)和反相微乳液法。溶胶-凝胶法应用广泛， 它是在醇/水溶液体系中，以纳米粒子为种子，用氨水催化正硅酸四乙 酯(TEOS)的水解和缩合，生成的SiO₂包裹在种子的表面，但其主要缺 点是最终产物的形貌和结构易受种子形貌的影响，且粒径难以控制。 因此研究一种形貌、大小可控的核壳纳米粒子的制备方法对核壳纳米 材料的应用有重要的意义。

生化及医学等领域对磁光双功能纳米材料的物理、化学及药理性 质，如化学组成、粒度大小、磁功能、光功能、晶体结构、表面形貌、 溶解性及毒性都有严格的要求。因此，具有磁光双功能纳米材料要实现 在这些生化及医学等领域的应用，必须满足这样几个条件：1.具有较 好的单分散性；2.具有水溶性；3.同时具有磁学性能和发光性能；4.发 光体的荧光不容易猝灭。然而，目前的制备单分散的磁性纳米粒子大多 只表现出磁学性质，即便连接发光体，其荧光也较容易猝灭。

在这里，我们发明了一种通过二氧化硅包覆，然后在纳米粒子表面 连接上有机发光材料丹磺酰氯。使得纳米粒子具有较好的分散性和水溶 性，复合纳米粒子不但具有很好的磁学性能而且具有很好的光学性能。 这种结构的特点是表面有机发光材料与具有磁性的纳米粒子核之间的 距离相对较大，发光材料不会因为磁性纳米粒子核的磁性影响而导致荧 光猝灭。而且合成方法和反应条件比较简单，原料廉价易得，有利于在 医药和生物领域广泛应用。

现在，绝大多数制备磁性纳米铁酸盐材料都以合成四氧化三铁、铁 酸锰为主，铁酸钴磁性纳米材料的利用相对很少，现有制备铁酸钴磁性 纳米粒子大多为油溶性，尺寸大小不均一。现有的通过配体交换、聚合 物包覆等方法来解决水溶性问题，但实验方法大多比较复杂，成本也较 高，同时伴随着团聚现象。现有的制备磁光双功能纳米材料的方法，很 容易导致发光材料的荧光猝灭，因此荧光效率不高，严重影响了纳米材 料在医药和生物领域的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水溶性核壳磁光双功能的纳米材料，是 一种以铁酸钴纳米粒子为内核，以非晶态二氧化硅为外壳的复合材料。

本发明还提供了上述纳米材料的制备方法。