[发明专利]一种核壳结构的二氧化硅磁性复合微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性纳米材料合成领域，涉及一种核壳结构的二氧化硅磁性复 合微球的制备方法。

背景技术

磁性纳米粒子具有一些特殊的磁学性质，如：超顺磁性、高饱和磁化强度 等，在靶向药物载体、细胞分离、核磁共振、免疫检测和生物分子纯化等生物 医学领域具有广阔的应用前景。近年来，以磁性纳米粒子为核，二氧化硅为壳 的核壳式的复合材料已经引起了人们的广泛关注，这是由于二氧化硅具有良好 的生物相容性及抗分解能力，在磁性纳米粒子表面包覆一层二氧化硅后，能极 大地屏蔽磁偶极子的相互作用，使粒子具有良好的水分散性、化学稳定性及生 物相容性，且二氧化硅表面存在丰富的羟基，有利于复合粒子的进一步生物功 能化，极大的增加了其应用领域。

在纳米粒子表面包覆SiO₂常用的是溶胶凝胶法和微乳液法。文献(Magnetic Silica Dispersions：Preparation and Stability of Surface-Modified Silica Particles with a Magnetic Co；Langmuir 1994，10，92-99)公开了一种溶胶凝胶法制备二氧 化硅磁性复合微球的技术。溶胶凝胶法的主要缺点是反应条件敏感，最终形貌 和结构易受种子形貌的影响，表面较粗糙，粒径难以控制，内核团聚现象严重， 不利于后期实用化进程的推进。文献(Preparation of Silica-Coated Rhodium Nanoparticles Using Water-in-Oil Microemulsion)公开了一种微乳液法制备二氧 化硅磁性复合微球的技术，其主要缺点是后处理过程繁琐，不利于下游生物应 用。中国专利申请号为03150921.5，专利名称为：一种具有核壳结构的磁性荧 光双功能微球及其制备方法。该专利采用溶胶凝胶法制备具有核壳结构的二氧 化硅磁性复合微球，然后通过正硅酸烷酯与键合有荧光素的硅烷偶联剂共缩聚 的方法制备了具有磁性的二氧化硅荧光微球。但是这种方法制备的二氧化硅磁 性复合微球粒径分布宽，大小不均一，成球性与单分散性都不好。

发明内容

为了解决背景技术中所述的核壳结构的二氧化硅磁性复合微球制备方法操 作繁琐，粒径难以控制，制备出的微球表面较粗糙，内核团聚现象严重，不利 于下游的生物应用的技术问题，本发明提供一种操作简便，成本低，粒径分布 窄，成球性和单分散性好，壳层厚度可控，易于清洗的核壳结构的二氧化硅磁 性复合微球的制备方法，该方法制备出的复合微球的核为表面连接有壬酸或壬 二酸等亲水性基团的三氧化二铁，四氧化三铁磁性铁氧化物纳米粒子中任一种 或两种的混合。外壳为正硅酸酯水解缩合形成的二氧化硅，包覆二氧化硅后表 面功能集团增多，有利于下游的生物应用。

本发明的技术解决方案

一种核壳结构的二氧化硅磁性复合微球的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将在水中单分散的磁性铁氧化物纳米粒子加入到体积比为1∶1～5的醇， 超纯水的混合溶液中，以300～1000rpm的速度搅拌0.3～2h；

(2)再加入0.01～1ml正硅酸酯，以300～1000rpm的速度搅拌0.3～2h；

(3)再加入0.5～5mL浓氨水，继续搅拌2～24h，得到含有核壳结构的二氧 化硅磁性复合微球的溶液；

(4)用外加磁场将核壳结构的二氧化硅磁性复合微球从溶液中分离出来， 弃上清，用超纯水和无水乙醇清洗微球，最后将其分散在水中。

根据正硅酸酯的水解机理分析，如果步骤(1)加入醇的比例太大会导致磁 性铁氧化物纳米粒子的团聚，如果加入水的比例太大，则会导致步骤(2)硅酸 酯水解过快，形成大量的二氧化硅初级粒子，从而阻碍磁性铁氧化物纳米粒子 对二氧化硅初级粒子的“俘获”，形成大量的没有磁性铁氧化物核的二氧化硅微 球。所以醇与超纯水加入的体积比为1∶1～5效果好，核壳结构的二氧化硅磁性 复合微球合成完全，不易团聚，且不造成原料的浪费。

在步骤(1)的混合溶液中还可以加入表面活性剂(浓度为1～10mg/ml)， 所述表面活性剂包括PVP5000～700000或PEG200～20000，其中优选PVP10K， PVP30K，PEG4000，PEG6000。加入表面活性剂可以改善磁性铁氧化物纳米粒 子的分散性。