[发明专利]一种四氧化三铁磷酸钙核壳纳米磁性粒子及生物矿化法的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有生物活性的核壳结构的纳米磁性粒子及其制备方法，特别涉及生物矿化法制备四氧化三铁磷酸钙核壳纳米磁性粒子，属于磁性粒子技术领域。

技术背景

四氧化三铁是一种非常重要的磁性材料，为立方相反尖晶石结构。它独特的电学和磁学性能，使其广泛应用于磁流体和磁记录材料等。对于纳米尺度的四氧化三铁，由于其具有与生物组织的相容性、与尺寸和形貌有关的电学和磁学性能，在生物医药领域得到了广泛应用。有着合适的表面化学性质的超顺磁性铁氧化物纳米微粒能够应用于众多的体内应用领域，如活体磁共振对比增强、组织修复、免疫测定、解毒、热疗、药物输送和细胞分离。

骨组织是一种致密的结缔组织。有机物和无机物是骨的主要成分，其中有机物主要为蛋白质如胶原等，无机物主要为钙质和磷质，提供一定的硬度。磷酸钙类生物陶瓷(也可以简称磷酸钙)具有与骨矿物质相近的组成和良好的生物相容性，其主要包括羟基磷灰石(HA)、二水合磷酸氢钙(DCPD)、磷酸三钙(α-TCP，β-TCP)、焦磷酸钙(CPPD)、磷酸四钙(TTCP)、五水磷酸八钙(OCP)、无定形磷酸钙(ACP)及其混合物等。在目前科学研究和临床应用的组织替换生物材料中，磷酸钙为外科医生提供了一种选择性或附加的材料用于接枝和参与治疗过程。

有研究报道[JOURNAL OF BIO SCIENCE AND BIOENGINEERING. Vol.104，No.5，371-378.2007]，将包覆生物活性物质的四氧化三铁复合粒子与细胞共培养，使粒子贴附在细胞上或被细胞摄入，在外加磁场的作用下，细胞能多层紧密贴附生长，从而提高了单位体积内细胞的密度，形成致密的细胞薄膜。采用磷酸钙包覆四氧化三铁纳米粒子，所形成的核壳结构纳米粒子兼具了纳米四氧化三铁的超顺磁性与磷酸钙良好的生物相容性，其与成骨相关细胞具有优异的亲和性，利用磁场易于实现细胞层的培养，对于骨组织再生修复有重要意义。

传统的制备无机核壳结构纳米粒子的方法有溶胶凝胶法、共沉淀法、球磨法、反相微乳液法等，这些方法合成的核壳材料的结构和物质组成需要进一步提高。例如，共沉淀法和球磨法制备的核壳粒子壳层不均匀，分散性较差；溶胶凝胶法制备步骤较多，需进行前驱物的溶胶、溶胶转化为凝胶、干燥和热处理等步骤。同时，传统的制备方法得到的磷酸钙类化合物物质组成不能满足与骨矿物质相近和良好的生物相容性。而采用生物矿化方法制备的四氧化三铁磷酸钙核壳纳米磁性粒子的相关研究鲜有报道，该制备方法得到优化，选用材料多为无机盐类，来源广泛并对环境友好。

发明内容

本发明就是为了解决现有技术中存在的材料结构和物质组成较差等技术问题，提供一种具有生物活性的核壳结构的纳米磁性粒子及其制备方法。

为此，本发明采用一种生物矿化的方法，制备了一种四氧化三铁磷酸钙核壳纳米磁性粒子，该方法工艺简单、条件温和可控、对环境友好。

本发明所提供的四氧化三铁磷酸钙核壳纳米磁性粒子，其特征在于，以磁性的四氧化三铁纳米粒子为核，其平均粒径为27-38nm，磷酸钙类物质为壳层，壳层厚度为4-20nm。

上述所述的磷酸钙类物质壳层的组成可为羟基磷灰石(HA)、二水合磷酸氢钙(DCPD)、磷酸三钙(α-TCP，β-TCP)、焦磷酸钙(CPPD)、磷酸四钙(TTCP)、五水磷酸八钙(OCP)、无定形磷酸钙(ACP)等。

本发明所提供的四氧化三铁磷酸钙核壳纳米磁性粒子的饱和磁化强度为8-48emu/g。

本发明还提供一种四氧化三铁磷酸钙核壳纳米磁性粒子的生物矿化法制备方法，其包含如下步骤：

(1)制备四氧化三铁纳米磁性粒子：将二价铁盐配成水溶液中，加入到分散剂溶液中，匀速搅拌，然后向混合液以缓慢滴加碱溶液、氧化剂双氧水，保证体系的pH为10-11，加热，恒温60-160℃搅拌反应1-8小时后，利用外加磁场将产物分离，洗涤，冷冻干燥，制得四氧化三铁纳米磁性粒子；

(2)四氧化三铁纳米磁性粒子表面改性：将步骤(1)所得的四氧化三铁纳米磁性粒子与表面改性剂加入去离子水中，超声搅拌地得表面引入羧基的四氧化三铁纳米磁性粒子。