[发明专利]含金属原子簇的磁性氧化铁纳米颗粒及其制备和应用

说明书

本发明提供一种含金属原子簇的磁性氧化铁纳米颗粒，所述金属原子簇嵌合在氧化铁晶体基质中，且所述金属原子簇的含量占比为0.1‑15％。本发明还提供了上述含金属原子簇的磁性氧化铁纳米颗粒的制备方法，将氧化铁的金属前驱体、有机酸、有机胺按照比例溶于有机溶剂中形成均匀的反应体系，然后将所述反应体系在惰性气体氛围内加热到150‑350℃后，加入金属原子簇前驱体，升温回流反应至前驱体全部分解即可。本发明的纳米颗粒由于金属原子簇的嵌合使得磁性氧化铁颗粒的磁学性质得到提高，而氧化铁又充分保证了纳米颗粒性质的稳定性，因而能够更好的应用于生物医学检测与治疗等领域。

技术领域

本发明涉及磁性氧化铁技术领域，具体涉及一种含金属原子簇的磁性氧化铁纳米颗粒及其制备和应用。

背景技术

近年来，磁性纳米颗粒的研究在各个学科领域都引起了人们的广泛兴趣，其中氧化铁作为一种重要的磁性材料，具有很好的生物相容性，除了在磁流体、催化剂和磁记录材料方面的应用，在生物分离、检测、靶向药物和医学成像方面也具有广泛的用途，已经在临床前或临床上被用于补铁剂(如ferumoxytol)，磁共振成像造影剂(如)，磁热疗剂(如欧洲监管批准的)以及药物载体。为了制备具有良好的生物学相容性、磁学性质优良且稳定磁性氧化铁纳米颗粒，美国专利号6,262,129，中国发明专利CN200580040484.1发明专利CN200480044382.2发明专利CN02820174.4以及Alivisatos课题组发表的J.Am.Chem.Soc.,1999,121(49),11595；Sun课题组发表的J.Am.Chem.Soc.，2002,124,8204；J.Am.Chem.Soc.,2004,126(1),273；Hyeon课题组发表的J.Am.Chem.Soc.,2001,123(51),12798；Nat.Mater.,2004,3(12),891；Peng，X.Chem.Mater.,2004,16,393等文件中都公开了利用高温热解法，制备均匀铁氧体、铁氧化物及铁及其合金等磁性纳米颗粒的方法。

虽然通过以上方法制备的磁性氧化铁颗粒具有均一尺寸、形貌和稳定的超顺磁学性质，然而这些磁性纳米颗粒在磁共振成像、细胞跟踪以及磁热转换效率中存在磁场响应低，成像灵敏度不足，磁热转换效率低性能等问题。因此如何提高氧化铁纳米颗粒的稳定性和磁学性能依然是目前磁性纳米材料研究的热点之一。常见的提高磁性氧化铁纳米颗粒的磁学性质的方法包括：制备尖晶石型结构结构的铁氧体纳米颗粒；制备立方形状的铁氧体纳米颗粒；或者形成具有交换耦合作用的铁氧体核/壳纳米结构等策略。然而，这些方法制备的颗粒均有一些不足，比如：铁氧体或者立方形貌对磁学性质和相应的应用性能提高有限；而对于铁氧体核/壳纳米结构，由于其制备过程复杂，使得反应过程不易控制。

发明内容

为了满足生物医学应用对高饱和磁化强度且性质稳定磁性氧化铁纳米颗粒的需求，本发明提供了一种含金属原子簇的磁性氧化铁纳米颗粒及其制备和应用。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

含金属原子簇的磁性氧化铁纳米颗粒，所述金属原子簇嵌合在氧化铁晶体基质中，且所述金属原子簇在含金属原子簇的磁性氧化铁纳米颗粒中的含量占比为0.1-15％。

其中，所述金属原子簇的粒径大小为0.2-5nm，所述氧化铁晶体基质的粒径范围为2-100 nm。

优选地，所述氧化铁纳米颗粒粒径范围为3-50nm。

优选地，所述金属原子簇是由金属原子M形成的M_x原子簇，x的范围为3-100，所述M为稀土金属、第四周期过渡金属和后过渡金属中的一种或两种。

更优选地，所述M为Fe、Co、Ni、Mn、Ga、Nd、Sm、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、 Ce中的一种或多种。

本发明提供的含金属原子簇的磁性氧化铁纳米颗粒，由于金属原子簇与氧化铁基质的相互作用，使得磁性纳米颗粒不仅具有生物相容性好，性质稳定的优点，而且进一步提高了饱和磁化强度。