改性明胶磁性Fe3O4纳米颗粒的制备及性能研究

日期：2023-10-11 22:16

磁性Fe3O4纳米颗粒具有明显的表面效应和磁效应，在电子照相显影剂和微波吸收材料、生物靶向材料、磁性液体等多个领域具有一定的应用前景……，制备磁性Fe3O4纳米粒子的工艺相对简单，材料来源也相对便宜且广泛。磁性Fe3O4纳米颗粒已逐渐发展成为功能材料，成为纳米材料领域的研究热点。江天

当聚合物包裹在Fe3O4磁性颗粒表面时，可以形成具有多种优异性能的复合颗粒。它们不仅具有磁响应功能，可以方便、简单地分离和磁导引，而且表面含有大量官能团，具有生物相容性和可降解性。因此，磁性Fe3O4复合颗粒被用于磁性免疫细胞的分离和酶的固定化。在化学、靶向药物控释等领域具有广阔的应用前景。

1 实验部分

1.1 试剂

SIGMA公司的明胶、葡聚糖（葡聚糖T-70）；市售Na OH、Fe Cl3·6H2O、Fe Cl2·4H2O、KBr。

1.2 改性明胶聚合物共价物质的制备

用去离子水配制20 mg/mL的明胶溶液，与明胶按质量比4:1配制混合溶液。搅拌混合液，用pH计调节溶液pH至8.0，然后冷冻干燥混合液。将冻干固体放入装有饱和KBr溶液的密封容器中，在60℃下进行美拉德反应24小时，得到葡聚糖-明胶共价材料[1]。

1.3 共沉淀法制备Fe3O4磁性流体

制备磁性Fe3O4纳米粒子时，采用化学共沉淀法。称取一定量的Fe Cl3·6H2O和Fe Cl2·4H2O固体，按照摩尔比2:1，溶解于蒸馏水中，过滤。然后混合搅拌，然后用蒸馏水将溶液稀释至一定的溶解度，并适当添加分散剂。搅拌过程中加入6mol/L NaOH溶液，反应完成后继续搅拌，在80℃下得到相应的Fe3O4纳米颗粒悬浮液，然后采用虹吸法对悬浮液进行磁力沉降。为了有效处理上层液体，可以使用超声波将下层液体分散，然后用蒸馏水清洗。重复以上操作，直至上层液体澄清。合理应用分离技术使悬浮液在磁体上停留一段时间后，除去上层液体。，即得到磁性流体[2]。

1.4 磁化明胶Fe3O4纳米颗粒的制备

准确称取一定量的改性明胶放入圆底烧瓶中，加入去离子水，在50℃热水浴中溶解搅拌，搅拌冷却至室温。然后加入一定量的磁性流体，采用超声波分散技术5分钟，在摇床上以180r/min的转速搅拌，使磁性流体均匀分散在改性明胶溶液中。将均匀分散的磁性明胶纳米粒子的悬浮液在40℃烘箱温度下干燥，最终得到改性明胶Fe3O4纳米粒子[3]。

2 讨论和结果

2.1 改性明胶磁性Fe3O4纳米粒子的分布及尺寸

将磁性明胶Fe3O4纳米粒子稀释后，使用英国Malvern公司生产的Zetasizer 3000HS纳米粒度分析仪测量和观察磁性明胶Fe3O4纳米粒子的分布、尺寸和形貌。结果发现，磁性Fe3O4纳米颗粒的粒径分布在20nm~150nm之间，平均粒径约为70nm；而改性明胶的改性明胶粒径分布在80nm～220nm之间，平均粒径在120nm左右。可以看出，由于表面包覆了改性明胶，改性四氧化三铁磁性纳米粒子的粒径变大，但粒径分布变得更窄，分散性也更好。改性明胶的浓度对磁性复合颗粒也有很大的影响，粒径随着明胶浓度的增加而增大。当明胶浓度为2%时，粒径约为120nm[4]。

2.2 改性明胶磁性 Fe3O4 纳米粒子的形貌

采用日本JEOL公司生产的JEM-1200EX透射电子显微镜，可有效观察颗粒的形状和尺寸[3]。用蒸馏水将磁性明胶颗粒和磁性流体稀释一定倍数后，超声分散几分钟，用透射电镜观察磁性明胶Fe3O4纳米颗粒的形貌[5]。结果表明，磁性明胶Fe3O4纳米颗粒分布基本均匀，颗粒形貌呈不规则球形。与Fe3O4纳米粒子相比，存在少量团聚。这是因为葡聚糖-明胶共价物质可以包裹在Fe3O4磁性纳米粒子的表面，降低了Fe3O4磁性纳米粒子的疏水力和表面自由能，并形成一定的空间。位阻，从而减少Fe3O4磁性纳米粒子的团聚。另外，改性明胶Fe3O4纳米颗粒附近存在一定的半透明薄膜，这意味着磁性明胶Fe3O4纳米颗粒的核心是Fe3O4纳米颗粒，外部存在一定的聚合物复合结构[6]。

2.3 改性明胶磁性Fe3O4纳米粒子的分散稳定性

基于静态或磁分离方法，合理观察不同浓度植被磁性明胶磁液的明胶体积及固含量稳定性。可以发现，降低明胶浓度可以在一定程度上使磁性更加稳定。明胶Fe3O4纳米颗粒可以显着增大磁性明胶Fe3O4纳米颗粒的粒径，从而可以有效降低溶液的稳定性7]。

2.4 改性明胶磁性 Fe3O4 纳米颗粒的潜在靶向特性

葡聚糖具有良好的生物相容性、生物降解性和血液相容性。此外，它的表面还附着有

。

富含轻质自由基，很容易与其他生物分子连接。因此，它在生物学领域有着广泛的应用[8]。因此，葡聚糖是一个很好的磁性载体。由于共沉淀法在水相中反应，所制备的改性明胶磁性纳米颗粒表面会有暴露的羟基，很容易与其他化合物发生反应，从而更容易对磁性纳米颗粒进行表面改性。 [9]。

3 结论

综上所述，本文采用化学共沉淀法制备磁性Fe3O4纳米粒子，并用亲水性葡聚糖-明胶高分子化合物对其进行表面修饰，制备磁性Fe3O4纳米粒子。这种复合颗粒分散性好，稳定性强，且由于表面含有大量官能团，因此具有生物相容性和可降解性。接下来，可以利用葡聚糖明胶高分子化合物的生物活性进一步与DNA、蛋白质、抗体等相互作用，赋予复合材料在细胞分离、靶向治疗等方面的新活性。

摘要：随着社会的发展，磁性微球在新型磁响应药物载体的研究和分析中得到了广泛的应用。然而，磁性Fe3O4纳米颗粒具有较大的比表面积和较强的团聚倾向，这极大地限制了磁性纳米颗粒的应用，因此必须对其表面进行改性。本文采用化学共沉淀法制备磁性Fe3O4纳米颗粒，并采用亲水性葡聚糖-明胶高分子化合物对其进行表面修饰，制备磁性Fe3O4纳米颗粒。这种复合颗粒具有良好的分散性和较强的稳定性，并且由于表面含有大量的官能团，具有生物相容性和可降解性。

关键词：明胶、磁性Fe3O4、纳米粒子、制备