[发明专利]一种中心-径向填充型复合超顺磁微球及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种中心‑径向填充型复合超顺磁微球及其制备方法与应用，涉及磁性纳米材料领域，该方法包括以下步骤：合成树状介孔二氧化硅微球；按质量份，将一份乙酰丙酮铁、6～18份树状介孔二氧化硅微球与36～100份三乙二醇混合均匀后，将混合物置于温度为180～210℃的无水无氧条件下反应1～2h，得到超顺磁复合微球。树状介孔二氧化硅微球的直径为200～350nm，其内有若干自中心向表面的孔道，孔道的直径为20～40nm，孔道内原位生长有超顺磁纳米颗粒修饰层，并可进行表面氨基化改性。本发明能够得到由模板内部至外部紧密填充型超顺磁微球，同时有效简化超顺磁微球的合成步骤。

技术领域

本发明涉及磁性纳米材料领域，具体涉及一种中心-径向填充型复合超顺磁微球及其制备方法与应用。

背景技术

磁性纳米材料由于本身具备较大的表面积，易修饰，且在外部磁场作用下容易分离等优势，受到生物医学应用等学科的密切关注，并在生物分离纯化、生物催化、药物输送、磁共振成像等领域得到了广泛应用。

磁分离技术是一种基于在外加磁场作用下对样品溶液中目标物质进行分离以达到纯化目的新型物理分离技术，该技术利用磁性颗粒与目标生物分子的特异性结合以及磁性材料的磁响应性，在外磁场的作用下，与磁性材料结合的目标物质被定向移动至外加磁铁一端，而样品基质中的其它非目标物质仍停留在原处，从而实现了目标物的分离、富集与浓缩。该技术因操作简单，能够有效保留目标物的活性等优势而应用于免疫诊断、细胞分选、病原体和小分子抗原的浓缩和检测中，有效拓宽了生物活性物质的研究范围。

近年来，由于磁性颗粒在生物医学领域中的成功运用，使磁分离技术日趋受到关注并朝着高通量及自动化的方向发展，同时，该技术在使用时，无需昂贵的试剂及设备即可实现大规模纯化，能够极大地促进我国生物医学及医疗健康行业的发展。

目前应用于生物医学领域磁性颗粒通常为表面修饰有二氧化硅的四氧化三铁纳米颗粒，四氧化三铁纳米颗粒具有超顺磁性、低毒性、表面易于修饰、良好的生物相容性的特点而被作为生物分离和纯化的首选磁性载体；二氧化硅是一种机械、热和化学稳定的基质，是用于表面改性的首选惰性无机材料之一，可作为各种生物活性物种的优良载体，修饰有二氧化硅的四氧化三铁纳米颗粒兼具快速超顺磁响应及生物相容性，为高效生物纯化提供了新的契机。

目前应用于生物医学领域的四氧化三铁纳米颗粒的合成方法主要包括共沉淀法、反向微乳液法和溶剂热法，采用上述方法制备的四氧化三铁颗粒存在颗粒容易团聚，粒径较大且分布范围宽，晶体结构不完整的缺陷。

目前常见的四氧化三铁和二氧化硅的组合方式为：以四氧化三铁为核、二氧化硅为表面涂层的核-壳结构，以二氧化硅球为生长模板、四氧化三铁为中间层、最外层再包裹一层修饰层的三明治结构，通过反向微乳液法封装多颗四氧化三铁的共封装法等，以上方法均需要分别预先合成并修饰四氧化三铁纳米粒和二氧化硅，然后在水相中进行组装，上述组合方式存在无法兼顾复合结构的尺寸/均一度调控，以及磁性颗粒的高密度负载的问题。

与此同时，台湾交通大学陈三元小组构建了一种新型纳米载体(MSN@Fe₃O₄)，其通过化学键将单分散的Fe₃O₄纳米颗粒与介孔二氧化硅纳米颗粒(MSN)包裹在一起，具有可调节的药物释放功能，同时，还具有用于多种生物医学用途的纳米成像模式(J.Mater.Chem.,2011,21,2535-2543)。

但是，该方法仍然需要预先合成并纯化单颗粒的超顺磁性四氧化三铁纳米粒子并进行水溶性修饰，以获得DMSA-Fe₃O₄，再对MSN载体进行表面氨基化处理，最后在水相中通过酰胺键将超顺磁四氧化三铁纳米粒子(DMSA-Fe3O4)共价连接于MSN载体上；同时，由于MSN载体的孔道较为封闭结构，不利于高密度填充超顺磁纳米基元。