[发明专利]一种二氧化硅包覆磁性氧化铁纳米粒子的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种磁性氧化铁纳米粒子的表面包覆方法，具体地说，涉及一种利用二氧化硅包覆磁性氧化铁纳米粒子的方法。

背景技术

磁性氧化铁是指具有亚铁磁性的Fe₃O₄、部分氧化Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃，其纳米粒子具有独特的磁性能和良好的生物安全性，在细胞分离、靶向给药、磁共振成像(MRI)、基因输送、肿瘤热疗等生物医学领域有着广泛的用途，是当今纳米生物材料领域的研究热点。未经表面修饰的磁性氧化铁纳米粒子表面能高，比表面积大，磁偶极作用强，在水溶液中容易发生团聚及腐蚀和降解等化学反应，同时表面缺少活性基团连接生物活性分子，不能满足生物医学应用的特殊要求。利用无机、有机或高分子材料对磁性氧化铁纳米粒子进行表面包覆，形成具有核壳结构的复合纳米粒子以赋予其良好胶体稳定性、生物相容性及功能性，是实现氧化铁纳米粒子生物医学应用的关键技术。在众多包覆材料中，二氧化硅(SiO₂)具有对人体无毒无害、有良好的生物相容性、易于引入功能基团与生物分子连接等特点，包覆在氧化铁纳米粒子表面，可减小磁性纳米粒子间的偶极相互作用，提高纳米粒子的胶体稳定性和抗腐蚀能力，利于实现的靶向化和功能化，是最为理想的表面包覆材料之一。近年来SiO₂包覆磁性氧化铁纳米粒子的研究十分活跃。

目前文献报导的利用SiO₂包覆磁性氧化铁纳米粒子的主要方法有溶胶-凝胶法和反向微乳液法两种。溶胶-凝胶法即通常所说的法，是指在醇/水混合溶液中，以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，在氨水的催化下，使TEOS发生水解、缩合反应，生成SiO₂沉积在作为种子的磁性氧化铁纳米粒子表面形成核壳结构纳米粒子(Langmuir,1994,10,92-99，发明专利CN1193383C、CN1229305C)。这种方法的主要缺点是醇/水混合溶液的介电常数较低，溶液中的胶体纳米粒子之间难以产生足够的静电斥力，包覆过程中易发生团聚，形成多核包覆，造成复合纳米粒子大小及磁性物质含量不均匀。同时，反应中使用到的有机硅氧烷和有机溶剂会对环境造成一定污染。反向微乳液法是法的一种改良方法。和法相比，反向微乳液法把TEOS的水解、缩合反应限制在水相、油相和表面活性剂组成的均匀的微乳液滴“微型反应器”中，避免了颗粒之间的团聚，最终合成的复合纳米粒子尺寸均匀、可控性较好(Small,2008,4,143-153、Chem.Asian J.2009,4,1809-1816、Chem.Mater.2012,24,4572-4580)。但是这种方法操作过程十分繁琐，反应体系中引入了大量对人类健康和环境有害的表面活性剂及有机溶液，难以从产物中彻底除去，限制了在生物医学领域的应用。

发明内容

针对现有方法存在的问题，本发明要解决的技术问题提供了一种二氧化硅包覆磁性氧化铁纳米粒子的方法。该方法利用单质硅粉在水溶液中发生水解，生成二氧化硅沉积在磁性氧化铁纳米粒子表面，在磁性氧化铁纳米粒子表面形成一层均匀的二氧化硅包覆层。该方法在制备过程不需要使用有机溶剂及表面活性剂，制备工艺简单，绿色环保，原料易得，成本低廉，可实现大规模工业化生产。所得产物形貌可控性强，纯净度高，特别适合于生物医学应用。此外，该方法还可以广泛用于其它纳米晶的SiO₂包覆，如量子点、贵金属纳米粒子等。

本发明的目的可通过以下技术方案来实现。

本发明制备SiO₂包覆磁性氧化铁纳米粒子的具体工艺步骤如下：

(1)利用已知方法制备出水溶性磁性氧化铁纳米粒子；

(2)将0.01～10g/L上述磁性氧化铁纳米粒子加入水中制成水基分散液；

(3)在上述磁性氧化铁纳米粒子水基分散液中加入0～1g/L表面改性剂，使磁性氧化铁纳米粒子在pH＝8～12条件下能够保持稳定分散；

(4)在步骤(3)所得磁性氧化铁纳米粒子水基分散液中加入5～50g/L单质金属硅粉；

(5)在步骤(4)所得混合溶液中加入1～100mM碱性物质，调节溶液的pH值至8～12；

(6)将步骤(5)所得混合溶液在充分搅拌的条件下，加热升温至70～100℃，反应1～12小时，使单质硅粉逐渐水解，生成二氧化硅沉积在磁性氧化铁纳米粒子表面，得到二氧化硅包覆磁性氧化铁纳米粒子。