[发明专利]具有荧光性质的水溶性磁纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物功能化材料技术领域，具体涉及一类具有荧光性质的水溶性磁纳米复合材料的制备方法。 

背景技术

纳米材料是指三维空间中至少有一个维度在1～100 nm尺度范围内的超微颗粒及其致密的聚集体。磁性纳米粒子具有体积效应(纳米粒子晶体周期性的边界条件将被破坏，声、光、力、热、电、内压以及化学活性等与普通粒子均发生了很大变化)，表面效应(纳米微粒由于尺寸小、表面积大、表面能高，位于表面的原子处于严重的缺位状态，活性高，易于其他原子结合)，量子尺度效应(费米能级由准连续态变为分立能级)和宏观量子隧道效应(微观粒子可以贯穿势垒)。当磁性纳米粒子的粒径小于其超顺磁性临界尺寸时，粒子进入超顺磁性状态，无矫顽力和剩磁。在各种磁介质中最重要的是以铁为代表的一类磁性很强的物质，常用的铁磁质是铁和其他金属或非金属组成的合金，以及某些含铁的氧化物(铁氧体)。 

磁性纳米粒子具有良好的生物相容性，在医学领域有着巨大的应用前景，它不仅可以作为核磁共振造影增强剂用于疾病的诊断，还可以作为药物载体用于疾病的治疗。纳米粒子大的比表面积导致纳米粒子表面原子很活泼，纳米颗粒处于热力学不稳定状态，极易与其他原子结合发生团聚；另外，纳米粒子本身的物理化学性质导致其在生物体内有一定的毒性，所以采用传统方法(如共沉淀方法)制备的磁性纳米材料还不能满足它们在生物体内的应用。于是人们开始用无机材料或有机材料修饰纳米粒子表面，改变粒子表面的结构和物理化学性质。为了达到以下目的：(1)保护纳米粒子，经过修饰后的纳米粒子，其表面存在保护膜，阻止其氧化和团聚，改善粒子的分散性；(2)改善纳米粒子的稳定性和生物相容性；(3)通过引入功能化基团，扩大其在细胞成像、纳米传感器、自组装、生物检测以及药物传输等领域的应用。 

表面改性的方法一般分为物理改性和化学改性两大类，其中表面物理改性是指通过吸附、涂敷、包覆等物理手段对微粒表面进行改性，改性剂主要通过物理作用方式来改善纳米粒子表面；而表面化学改性是指修饰剂分子与纳米粒子表面原子或特殊的官能团发生化学反应，与物理改性法相比，修饰剂与纳米粒子结合更紧密，且在调控纳米粒子大小以及功能性方面具有很大的优势。化学改性包括表面活性剂法和表面接枝聚合法：①常用的表面活性剂有：硅烷类偶联剂、硬脂酸和有机硅等，此方法操作简单；②表面接枝聚合法在接枝手段、接枝聚合物的种类以及可控调节性等方面具有不可比拟的优势，因此成为了改性纳米粒子的重要手段。目前，一般通过活性/可控自由基聚合(CRP)来达到表面接枝的目的，活性/可控自由基聚合包括氧氮稳定自由基聚合(NRP )、原子转移自由基聚合(ATRP) 和可逆加成-断裂转移(RAFT)等。 

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供涉及荧光性质的水溶性磁纳米复合材料的制备方法。本发明首先合成聚合物/磁纳米粒子，然后利用聚合物末端的环氧基官能团开环反应引入氨基，并进一步引入少量的荧光基团。 

技术方案： 本发明的一类具有荧光性质的水溶性磁纳米复合材料由磁纳米中心核和包覆在中心核外的具有荧光性质的水溶性聚合物组成，发光的荧光素位于水溶性聚合物外表面，磁纳米粒子中心核是 Fe、Co或Mn金属的氧化物或它们的复合材料，磁纳米粒子的粒径在1-100 nm之间，且具有单分散性； 

水溶性聚合物为水溶性高分子链，其分子结构为

  n是聚合度，n为30-70，R是均裂离去基团，羧基基团可以与磁纳米粒子结合；

发光的荧光素分子结构为： 

   

磁纳米粒子核为没有生物毒性的Fe₃O₄粒子，磁纳米粒子表面接枝了聚甲基丙烯酸缩水甘油酯，聚合物末端通过开环反应引入氨基，氨基再和异硫氰酸荧光素上的异硫氰官能团反应引入异硫氰酸荧光素。

本发明的具有荧光性质的水溶性磁纳米复合材料的合成方法具体步骤如下：

一、磁纳米粒子的合成      

以二苄醚为溶剂，以乙酰丙酮铁(Ⅲ)、1，2-十六二醇、油酸和油胺为原料，采用高温溶剂法制备单分散的磁纳米粒子：

具体步骤如下：

将乙酰丙酮铁(Ⅲ)、1，2-十六二醇、油酸和油胺加入二苄醚，氮气保护中磁力搅拌均匀，混合溶液加热到200 ℃ 持续2小时，然后把温度升到300 ℃再加热1小时，反应物冷却至室温，加入少量乙醇，采用离心-溶解-离心的方法得到油酸包裹的磁纳米粒子沉淀；磁纳米粒子经过减压干燥后，保存在冰箱0-4 ℃中备用；