[发明专利]磁性壳聚糖/纳米Fe3O4复合材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料，尤其是涉及一种磁性壳聚糖/纳米Fe₃O₄复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

壳聚糖(chitosan)是甲壳素脱乙酰化的产物，是一种氨基多糖。由于具有成本低、可生物降解、良好生物相容性、易于化学改性、二次污染小等优点，因此壳聚糖被广泛应用于水处理、膜技术、医药生物工程、纺织等领域，是性能最为优异的天然高分子之一。壳聚糖含有大量的氨基、羟基等基团，在酸性溶液中会形成阳离子聚电解质,显示出良好的絮凝性能。同时，壳聚糖还具有良好的络合作用，它能络合水中的过渡金属离子、腐殖酸类物质及表面活性剂等物质,并能吸附脱除水溶性有机污染物。但吸附污染物的壳聚糖同时会吸收溶剂成为溶胀的胶体，难以有效快速地与吸附体系分离，从而限制其应用。但是，可在壳聚糖中引入磁性物质，利用简便的磁过程与吸附体系分离。因而，磁性壳聚糖材料成为一种新型的功能材料，受到广泛关注。磁性物质可以是磁性金属或金属氧化物，将其与壳聚糖复合则得到磁性壳聚糖复合材料。

高分子/无机复合材料并非简单的多种物料的混合物。高分子作为软物质具有特异的可塑性能，在复合材料中能起到很好的调节尺度的作用，还使所得材料同时具备无机材料和有机材料的性能，并可能起到协同增效的作用。由于磁性材料具有的磁响应性，可用于磁分离技术达和生物医药等领域。例如，磁性纳米粒子，由于其小尺寸，能够有效地进入细胞等生物体内部；比表面积大，因此可以更有效地与生物分子相结合；强磁性，便于分离和纯化；超顺磁性可以实现对外磁场的良好响应性，并且无矫顽力和剩磁，使得纳米粒子不会因为剩磁的吸引而发生团聚。因此，磁性粒子可用于细胞、生物大分子的分离与纯化、酶的固定化、药物靶向和核磁成像等方面。显然，制备磁性壳聚糖微球将具有广阔的应用前景。

近年来，包括γFe₂O₃、Fe₃O₄在内的铁磁氧化物研究报道激增，已有多种制备方法。例如，Denkbas等（React.Funct.Polym.，50，223，2002）将磁性Fe₃O₄粒子加到一定浓度的壳聚糖溶液中，经均质分散，再在适当的温度，pH和搅拌条件下逐滴加入含有乳化剂的水相中，产生乳液，在常压下自由挥发或用真空抽提使溶剂挥发，通过洗涤、过滤和干燥等过程即可制得磁性壳聚糖微球。Sun等（Colloids Surfaces A,245，15，2004）分别采用部分还原共沉淀法和Massart法合成了7nm、13nm的Fe₃O₄纳米颗粒。Donadel等（Materials Science and Engineering:C，28，509，2008）采用喷射干燥法制备了壳聚糖覆盖的磁颗粒，最优条件为1℃、3min，并可采用这种材料引诱癌症组织细胞的过高热而达到治疗效果。Kim等（J.Alloy.Compd.，434，633，2007）采用声化学法合成尺寸为100–150um壳聚糖包覆的超顺磁Fe₃O₄颗粒，即先将铁磁流体通过超声分布在壳聚糖溶液中，然后喷射到碱液表面，所得产物可以作为MR成像材料，显著增强MR图象对比度。Zhang等（Curr.Appl.Phys.10，828，2010）通过在特殊装备中采用紫外线照射的方式制备磁壳聚糖复合材料，10～80nm的立方型Fe₃O₄粒子分布在壳聚糖中，饱和磁化强度为120emu/g并显示出高稳定性。Zhi等（React.Funct.Polym.66，1552，2006）利用微乳液法制备了壳聚糖/Fe₃O₄纳米复合材料，其中Fe₃O₄为规则球形，尺寸41nm；复合材料具有一定的溶胀性。总的来说，目前这些磁性壳聚糖复合材料的制备方法主要存在采用昂贵设备、工艺步骤繁琐、不利于工业化生产等难点，或者含有乳化剂等表面活性剂，从而限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有磁性壳聚糖材料的制备方法主要存在采用昂贵设备、工艺步骤繁琐、不利于工业化生产等难点和应用领域窄等问题，提供一种成本低廉、易于工业化大规模快速生产的磁性壳聚糖/纳米Fe₃O₄复合材料及其制备方法。