[发明专利]一种以T4噬菌体为模板制备铁纳米磁性粒子的方法

说明书

技术领域

本发明属于磁记录材料领域，具体涉及一种以T4噬菌体为模板制备小粒径且同时具有铁磁性的铁纳米粒子的方法。

背景技术

过渡金属铁(Fe)纳米粒子具有尺寸小、单磁畴结构、矫顽力高等特性，用它制作的磁记录材料具有稳定性好、图象清晰、信噪比高、失真度小等优点，正是由于这些，使得纳米磁性材料在高密度磁记录材料领域有着广阔的应用前景。但随着信息技术的发展，需要记录的信息量也不断增加，因此，对磁记录材料的要求越来越高，要求记录材料高性能化，特别是记录高密度化。而作为磁记录单位的纳米磁性粒子，它的大小必须满足以下要求：①颗粒的长度应远小于记录波长；②粒子的宽度(如可能，长度也包括在内)应远小于记录深度；③一个单位的记录体积中，应尽可能有更多的磁性粒子。综上，作为磁记录材料的纳米粒子，要满足尺寸尽量小但仍保持铁磁性的要求。因此，探究一种能够制备出小尺寸且具有铁磁性的Fe纳米粒子的制备方法便成为人们的研究热点，也成为信息行业竞争的焦点。近年来，人们利用不同的方法制备了Fe纳米磁性粒子，最常用的是用有机金属化合物的热解法。该方法选用有机金属化合物作为前驱物，在高温下(通常在180～300℃范围内)热降解得到金属纳米颗粒。例如，Sheng Peng等发表在《JACS》(JACS，2006，128，10676～10677)和Dorothy Farrell等发表在《物理化学》(J.Phys.Chem.B，2005，109，13409～13419)的文章中都报道了用铁的有机化合物Fe(CO)₅为前驱体，热降解制备了Fe纳米粒子，产品的粒径较小，粒子间距控制的也较好。但该方法所用原料大多为有毒害的有机溶剂，且合成条件需要高温环境，因此是一种环境不友好的合成路线。人们还采用铁的油酸盐作前驱体经热降解得到Fe纳米粒子，但制备的粒子形貌不规则，粒径相对较大，不具有铁磁性的特性，这就限制了Fe纳米粒子在磁记录材料领域中的应用。

发明内容

为了克服常规制备方法的不足，本发明提供一种以T4噬菌体为模板制备Fe纳米磁性粒子的方法。该方法制备工艺简单、产率高，制备出的Fe纳米粒子具有粒径小、在T4噬菌体表面排布规则、分散度高等优点，同时制备出的Fe纳米粒子具有磁化过程不可逆、有磁滞现象、矫顽力高等铁磁性的特点，因此，所得产品满足高密度磁记录材料的要求。而且该方法直接采用自然界存在的生物纳米结构为模板，原料来源广泛，培育简单，从而大大降低了生产成本，所用原料也无毒害，是一种环境友好的制备方法。

本发明采用高度对称的纳米级生物体为模板，利用其自身的结构特征，以及其表面蛋白质高度的分子识别能力，根据过渡金属正离子与氨基酸羧基负离子具有分子间作用力的原理，在其表面控制生长纳米粒子，由于生物体的空间限域作用及其结构特征，可以有效的对纳米粒子的合成进行精确调控，从而得到预期尺寸大小，单分散的Fe纳米磁性粒子。

为了获得粒径较小且具有铁磁性的Fe纳米粒子，本发明采用天然型的T4噬菌体为模板，在其表面控制合成Fe纳米粒子。T4噬菌体是一种浸染大肠杆菌的烈性噬菌体，以大肠杆菌为宿主细胞，十分便于培养。而大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌，一般不致病，故采用T4噬菌体为模板，具有材料来源广泛，可重复性高等优点。本发明所用T4噬菌体呈二十面体对称结构，衣壳长约60nm，横径约50nm，由于在其表面含有多种氨基酸，为在其表面控制合成Fe纳米粒子提供了许多结合位点，且特定结合位点呈规则的重复性分布，故制备的纳米粒子具有很好的分散性。又因为其表面突起的蛋白质的空间限域作用，控制了合成的纳米粒子的大小，使制备的纳米粒子大小均匀且粒径很小。可见由于T4噬菌体其自身的结构特征，使其成为制备Fe纳米磁性粒子的良好模板。

本发明首先利用大肠杆菌培育T4噬菌体，经过多次离心，将纯净T4噬菌体富集起来，后与Fe的氯化物溶液共孵化，使得铁的正离子吸附到T4衣壳表面蛋白质氨基酸羧基负离子的活性位点上，然后通过离心，还原处理，在T4噬菌体衣壳表面就形成了排布规则、粒径较小、具有铁磁性的Fe纳米粒子。

本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)T4噬菌体的扩增培养与提纯