[发明专利]一种磁性介孔二氧化钛核壳式复合微球及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种磁性介孔二氧化钛核壳式复合微球及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，多功能的磁性复合微球受到人们的广泛关注。由于磁性复合微球同时具有无机磁性物质的磁性以及表面物质的功能性，可以在磁场的作用下快速、方便、高效地分离目标生物活性分子，从而在细胞分离、蛋白质和多肽的分离和纯化、靶向药物传递等领域有良好的应用前景。从应用的角度考虑，对于蛋白质和多肽的分离和纯化来讲，理想的磁性微球应该同时具有规整的核壳结构、表面富含功能基团、高磁响应性、尺寸均一等特性。

目前，对于磷酸肽选择性富集的常用手段是用固定化金属离子（IMAC），例如固定Fe³⁺、Ti⁴⁺、Zr⁴⁺等。近年来研究发现一些金属氧化物，例如二氧化钛、二氧化锆以及二氧化铪等比常用的IMAC具有更好的选择性。而最近几年介孔二氧化钛更是由于其相比实心二氧化钛具有更好的选择性和更大的富集容量而倍受青睐。然而目前用于制备介孔二氧化钛的方法都需要通过使用类似模板法的方法来产生孔，而这样会使得形成的介孔二氧化钛微球的纯度不高，会因含有其他一些杂质从而导致选择性下降；另外这些介孔二氧化钛微球由于都没有含有磁性核，因此其需要很高的离心转速进行分离，分离相对比较繁琐并且在此过程中可能会使得一些大分子量的蛋白或多肽一起共沉淀下来。因此发明新的方法制备以高磁响应性磁核为核、100%纯度的介孔二氧化钛为壳的磁性二氧化钛微球对于能够更好的对于实际样品中极低浓度的磷酸肽进行选择性富集是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种制备过程简单、可控的，能够高磁响应性的，壳层具有介孔和高结晶性结构的核壳式磁性介孔二氧化钛复合微球及其制备方法，并将该微球用于富集和分离生物样本中极低浓度的磷酸肽。

本发明针对背景技术中所存在的问题，提出了一种以磁性纳米晶团簇为核，具有介孔和结晶结构的纯二氧化钛为壳的磁性介孔二氧化钛核壳式复合微球。该复合微球的制备方法的具体步骤为： 

1、首先，以六水合三氯化铁、醋酸盐和含大量羧基的物质为原料制备表面羧基稳定的磁性纳米粒子团簇（简称磁簇）；

2、接着，使用溶胶凝胶法在磁簇表面包覆一层无定型的二氧化钛壳层得到磁性二氧化钛核壳式复合微球；

3、最后，通过水热处理上述步骤得到的产物，得到以磁簇为核、具有介孔和结晶结构的二氧化钛为壳的磁性介孔二氧化钛核壳式复合微球。

本发明上述步骤的具体操作如下：

步骤1．将0.6-5.4g六水合三氯化铁、1.2-16g醋酸盐和0.2-2g含大量羧基的物质溶解在20-80mL乙二醇中，在20-170℃下机械搅拌0.5-2h，然后置于含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放置于180-220℃的烘箱中16-48h，取出，用自来水使其冷却至室温；用磁分离分离出产物，并用无水乙醇洗涤除去未反应的反应物，最后将产物分散在无水乙醇中，备用； 

步骤2．将10-500mg步骤1得到的磁簇、10-1000mL无水乙醇、5-300mL乙腈、0.05-10mL氨水以及0.05-20mL含钛（IV）的前驱体加入三口烧瓶中，在反应温度为10-40℃下机械搅拌0.5-4h；反应结束后，用磁分离得到产物，并用无水乙醇和乙腈进行洗涤；

步骤3．将10-500mg步骤2得到的产物、20-200mL无水乙醇、10-100mL去离子水以及溶剂0-20mL氨水加入容量为50-500mL 具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放置于80-200℃的烘箱中8-48h，取出，用自来水使其冷却至室温；用磁分离分离出产物，并用无水乙醇进行洗涤。

本发明中，所述的醋酸盐可为醋酸钠、醋酸钾、醋酸锂、醋酸镁和醋酸铵中的一种。

本发明中，所述的含大量羧基的物质为柠檬酸、柠檬酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚谷氨酸、聚天冬氨酸中的一种。

本发明中，所述的含钛（IV）的前驱体为四氯化钛、硫酸钛、钛酸四乙酯和钛酸四丁酯中的一种。

本发明制备的磁性介孔二氧化钛核壳式复合微球可用于生物样品中极低浓度的磷酸肽的选择性富集和分离，效果非常好。