[发明专利]以Fe3+诱导形成的囊泡为微反应器制备磁性Fe3O4纳米粒子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性Fe₃O₄纳米粒子的制备方法。

背景技术

囊泡是两亲分子有序组合体的一种形式，是密闭双分子层弯曲形成的球形或椭球形的单室或多室结构。与其它表面活性剂聚集体相比囊泡有以下特点：（1）由于囊泡具有较大的比表面积，可以吸附更多的反应物；（2）囊泡的双层膜表现出很强的刚性，对药物分子有很大的增容作用；（3）由于囊泡表面有很多电荷，且电性可以进行调节，这一特性使它在应用方面有很大的潜能。

早期的囊泡制备主要是利用超声振荡法、挤压法和乙醇注射法等机械力学方法。伴随临界排列理论的提出，囊泡的制备工作获得了一定的理论支持。一般的离子型表面活性剂分子的亲水头基由于自身带有电荷，自组装时相邻的头基间相互排斥，使亲水基表观截面积要远远大于疏水部分的截面积，临界排列参数很小，不易于囊泡的制备。为了改变这种情况，人们向体系中引入了更多的具有刚性片段的疏水链、增加疏水链的长度，从而增加疏水链的截面积，或者利用阴阳离子复配、氢键作用和金属配位来减小相邻头基间的距离，以此改变了表面活性剂分子的临界排列参数。表面活性剂有序排列形态的影响因素主要有分子结构、溶液环境和温度等。Israclachvili提出了利用几何结构描述有序聚集体的临界排列参数(P)。临界排列参数理论上可以将分子间的相互作用简化，利用直观的几何参数来解释表面活性剂在形成各种聚集体时的决定因素。阴/阳离子表面活性剂体系复配自发形成囊泡的驱动力主要有3个：（1）静电作用，阴阳离子表面活性剂在静电作用下会使极性头的面积极大降低，从而使混合体系的各项参数达到囊泡形成的条件。（2）氢键驱动力，主要构筑大分子体系。静电作用和氢键驱动力是金属配位作用的强有力的补充。(3)金属配位作用是形成超分子聚集体的驱动力，多发生在金属配位的超分子聚集体的形成中。金属离子的配位作用主要应用在含有金属离子配位集团的表面活性剂中，金属离子可以和表面活性剂的负离子头基相互作用，来改变聚集体的形态。金属离子可以与表面活性剂的头基发生作用，来改变表面活性剂分子的距离，使聚集体的曲率发生改变，从而改变聚集体的形态。2000年Tina A.Waggoner报道了在Cu2+诱导下形成塔状聚集体结构。金属离子诱导形成囊泡相的研究应用在微反应器方面。囊泡的中空和多层结构，使它成为制备纳米材料的理想反应器。

微反应器也被称为微囊反应器或微通道反应器，它是内部结构在数微米至数百微米之间的中空结构，并且反应物能在其中进行化学反应的三维结构元件。其特点是它的基本单元具有极大的比表面积和极高的表面活性，这种尺寸效应导致体系的不平衡使其表面相互作用能大大增强，产生了小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，这些特点使它具备了传统材料所不具备的物理化学性质。微反应器的类型主要包括：聚合物微反应器、胶束微反应器、固体模板微反应器等。该类型材料与正常的反应器相比，微反应器具有小而精密的特点，具有高传热、传质和反应效率，使它在光电子、催化等领域有着非常诱人的应用前景。另外纳米材料作为微反应器还有提高反应效率、降低材料成本和实现定向选择性反应方面都巨有重要的意义，尤其是在纳米颗粒制备中的应用近年来受到越来越多的科学家的关注。

在微反应器中化学反应被控制在一个较小的微空间里，与常规的反应器相比具有更多的特点。例如反应物或中间体在微空间里具有更高的浓度，可以大大提升反应速度。反应物或中间体在这个微空间中受到很大的限制，造成了其在分子水平上一定的取向和有序排列，这一点与一般的反应器是不同的，反应物或中间体的活泼集团无选择性的进攻分子中的其他部位或另一个分子的任意一个部位反应的选择性是由分子中被进攻部位本身的反应活性和空间位阻决定的。微反应器这种限制作用会诱导反应方向发生变化，改变反应的选择性。另外微反应器的器壁也具有筛分作用，可以对进入微反应器空腔内的一些客体分子进行筛选，这样可以屏蔽另一些客体分子，使其具有特殊反应物的选择性。在微反应器和器壁共同作用下反应物、产物的取向、排列和渗透扩散限制作用会影响和改变反应方向和反应速度。