一种多巴胺改性磁性纳米粒子及其制备方法和应用.pdf

本发明公开了一种多巴胺改性磁性纳米粒子及其制备方法和应用，该多巴胺改性磁性纳米粒子由聚多巴胺附着在磁性纳米粒子的表面形成，通过采用化学共沉淀法制备磁性纳米粒子，然后采用多巴胺氧化交联附着在磁性纳米粒子表面的方法制备改性粒子。本发明工艺简单，所制备的磁性纳米粒子饱和磁化强度高，粒子粒径小，稳定性好，适用于蛋白质、细胞、基因分离的磁性载体，并有望用于靶向控制释放、磁共振成像、高温热疗和生物传感器等生物医学领域。

权利要求书
1.  一种多巴胺改性磁性纳米粒子，由聚多巴胺附着在磁性纳米粒子的表面 形成。

2.  根据权利要求1所述的多巴胺改性磁性纳米粒子，其特征在于：所述磁 性纳米粒子为Fe3O4纳米粒子。

3.  一种多巴胺改性磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于：采用化学共沉 淀法制备磁性纳米粒子，然后采用多巴胺氧化交联附着在磁性纳米粒子表面的方 法制备改性粒子。

4.  根据权利要求3所述的多巴胺改性磁性纳米粒子的制备方法，其特征在 于包括以下步骤：
(1)磁性纳米粒子为Fe3O4纳米粒子的合成
在N2气氛、机械搅拌下，将Fe2+、Fe3+盐混合溶液与浓氨水反应，其中Fe2+ 盐、Fe3+盐和氨水的摩尔比为1:1.8～2:8～16，机械搅拌速度为300～500rad/min， 反应温度为50～80℃，反应时间为10～60min。冷却至室温；
(2)Fe3O4纳米粒子的洗涤及在水中的分散
用蒸馏水反复洗涤反应得到的Fe3O4纳米粒子，并用磁座分离，除去粒子表 面吸附的多余电荷；最后将产物分散于水中，搅拌均匀，用超声波分散，得到稳 定的Fe3O4水基磁流体；
(3)Fe3O4磁性纳米粒子的表面改性及在水中的分散
将Fe3O4纳米粒子、改性剂DOPA按照Fe3O4:DOPA的摩尔比为0.5～1:1 混合溶解于8～12mmol/L Tris-HCl缓冲溶液中，在250～350rad/min机械搅拌下反 应，然后反复用蒸馏水清洗并用磁座分离，直到上清液电导率小于50μs/cm，在 留下的磁性颗粒中加入蒸馏水，搅拌分散，超声振荡。

5.  根据权利要求4所述的多巴胺改性磁性纳米粒子的制备方法，其特征在 于：所述步骤(2)中用蒸馏水反复洗涤反应得到的Fe3O4纳米粒子，直至上层 清液电导率小于50μs/cm。

6.  根据权利要求4所述的多巴胺改性磁性纳米粒子的制备方法，其特征在 于：所述步骤(2)中，将得到的稳定的Fe3O4水基磁流体用磁座作用后收集上 层液体，1500～2500rad/min离心处理后收集上层清液，除去反应中生成的大颗 粒，再进行步骤(3)的反应。

7.  根据权利要求4所述的多巴胺改性磁性纳米粒子的制备方法，其特征在 于：所述步骤(2)中超声波分散处理时间为15～25min。

8.  根据权利要求4所述的多巴胺改性磁性纳米粒子的制备方法，其特征在 于：所述步骤(3)中Tris-HCl缓冲溶液的pH为8.0～9.0。

9.  如权利要求4所述的多巴胺改性磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于： 所述步骤(3)是在常温空气气氛中反应，反应时间是15～30h。

10.  权利要求1或2所述多巴胺改性磁性纳米粒子应用于蛋白质、细胞、基 因分离的磁性载体的制备。

说明书一种多巴胺改性磁性纳米粒子及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种磁性纳米粒子及其制备方法，更具体的说是一种多巴胺改性 磁性纳米粒子及其制备方法。
背景技术
磁性纳米粒子是一类具有特别性质的磁性材料，当粒子的尺寸低于一个临界 值(通常在10-20nm左右)、温度高于阻隔温度时，表现出超顺磁行为，即粒子 表现如一个巨大的顺磁原子对外加磁场有很快的响应性，撤去磁场后粒子没有剩 磁和磁矫顽力。近年来，由于其独特的磁学性质和性能，磁性纳米粒子的合成和 应用研究日益引起人们的关注。
尽管如此，纳米级的粒子容易形成聚集来降低小尺寸效应带来高的表面能。 此外，裸露的金属粒子化学活性很高，被氧化后体系的磁性和分散性会降低。因 而，对其进行表面改性来增强其稳定性尤为重要。更值得注意的是，在很多情况 下保护层不仅稳定了纳米粒子，而且还能用于与其它的粒子或者各种配体进行进 一步的功能化。
目前这类改性磁性纳米粒子的缺点是：1、颗粒偏大且不均匀。2、分散在水 溶液中稳定性不够，容易聚集沉降。3、磁靶向性不强，磁性需要进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多巴胺改性磁性纳米粒子，其稳定性好、颗粒小、 磁性高，适用于蛋白质、细胞、基因分离的磁性载体，并有望用于靶向控制释放、 磁共振成像、高温热疗生物传感器等生物医学领域。
针对现有改性磁性纳米粒子制备方法上存在的不足，本发明的另一目的是提 供一种简单易行的、可以得到具有特别聚集形态的多巴胺改性磁性纳米粒子的制 备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种多巴胺改性磁性纳米粒子， 由聚多巴胺附着在磁性纳米粒子的表面形成。
所述磁性纳米粒子为Fe3O4纳米粒子。
一种多巴胺改性磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于：采用化学共沉淀 法制备磁性纳米粒子，然后采用多巴胺氧化交联附着在磁性纳米粒子表面的方法 制备改性粒子。
本发明同已有技术相比具有以下优点：工艺简单，所制备的磁性纳米粒子分 散在水溶液中稳定性好，饱和磁化强度最高可达53.01emu/g，在水中分散的有效 粒径最小为127.8nm，多分散系数为0.127，粒子的粒径最小为7～15nm。一定合 成工艺可合成出呈现奇特的聚集形态的多巴胺改性磁性纳米粒子，具体表现为大 约20多个十几纳米的粒子聚集形成200nm左右的团聚体，如附图4所示。以上 数据的测定方法是：磁性纳米粒子的饱和磁化强度采用磁学性质测量系统测定， 有效粒径采用动态光散射仪进行检测，粒子的粒径和形貌由原子力显微镜进行表 征。
本发明适用于蛋白质、细胞、基因分离的磁性载体，并有望用于靶向控制释 放、磁共振成像、高温热疗生物传感器等生物医学领域。
附图说明
图1是多巴胺氧化交联过程的示意图；
图2是本发明制得的多巴胺改性磁性纳米粒子的红外光谱图；
图3是本发明制得的改性磁性纳米粒子的磁滞回线图；
图4是本发明制得的改性磁性纳米粒子的原子力显微镜图。
具体实施方式
本发明是一种多巴胺改性磁性纳米粒子，由聚多巴胺附着在磁性纳米粒子的 表面形成。磁性纳米粒子优选为Fe3O4纳米粒子。多巴胺(DOPA，3,4-dihydroxy-L- phenylalanine)为改性剂，其结构如下：

多巴胺结构式上的羟基和Fe3O4纳米粒子表面的羟基可形成强的氢键相互作 用力，使得它们之间的附着结合除了物理吸附作用外就是氢键相互作用力。
多巴胺改性磁性纳米粒子的制备方法，是先采用化学共沉淀法制备磁性纳米 粒子，然后采用多巴胺氧化交联附着在磁性纳米粒子表面的方法制备改性粒子。
优选的，具体包括以下步骤：
(1)磁性纳米粒子为Fe3O4纳米粒子的合成
在N2气氛、机械搅拌下，将Fe2+、Fe3+盐混合溶液与浓氨水反应，其中Fe2+ 盐、Fe3+盐和氨水的摩尔比为1:1.8～2:8～16，机械搅拌速度为300～500rad/min， 反应温度为50～80℃，反应时间为10～60min。冷却至室温。
(2)Fe3O4纳米粒子的洗涤及在水中的分散
用蒸馏水反复洗涤反应得到的Fe3O4纳米粒子，并用磁座分离，除去粒子表 面吸附的多余电荷；最后将产物分散于水中，搅拌均匀，用超声波分散，得到稳 定的Fe3O4水基磁流体。优选的，用蒸馏水反复洗涤反应得到的Fe3O4纳米粒子， 直至上层清液电导率小于50μs/cm。优选的，将得到的Fe3O4水基磁流体用磁座 作用后收集上层液体，1500～2500rad/min离心处理后收集上层清液，除去反应 中生成的大颗粒，再进行步骤(3)的反应。优选的，超声波分散处理时间为 15～25min。
(3)Fe3O4磁性纳米粒子的表面改性及在水中的分散
将Fe3O4纳米粒子、改性剂DOPA按照Fe3O4:DOPA的摩尔比为0.5～1:1混 合溶解于8～12mmol/L Tris-HCl缓冲溶液中，在250～350rad/min机械搅拌下反 应，然后反复用蒸馏水清洗并用磁座分离，直到上清液电导率为40～60μs/cm， 在留下的磁性颗粒中加入蒸馏水，搅拌分散，超声振荡。优选的，Tris-HCl缓 冲溶液的pH为8.0～9.0。优选的，反应是在常温空气气氛中反应，反应时间是 15～30h。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述，但本发明并不限于此特定 例子。
实施例1
配置浓度为0.25mol/L FeCl2·4H2O和0.5mol/L FeCl3·6H2O的铁盐混合溶液 于200ml容量瓶中。取50ml铁盐混合溶液和250ml蒸馏水到三口圆底烧瓶中， 接着将其放入60℃恒温水浴锅中，在氩气保护、400rad/min机械搅拌下，加入 20ml NH3·H2O，持续反应1h，生成大量黑色的Fe3O4磁性粒子，冷却至室温。 用磁座作用得到产物，并用大量水洗涤产品，直至上层清液变为中性，电导率小 于50μs/cm。将产物分散于100ml水中，搅拌均匀，用超声波分散20min，接 着磁座作用5min后收集上层液体，2000rad/min离心1h后收集上层液体即为稳 定的Fe3O4水基磁流体。将收集的Fe3O4水基磁流体超声振荡20min。取2.5mL 超声过的Fe3O4水基磁流体、0.1g DOPA和50mL 10mmol/L Tris-HCl缓冲溶液 于100mL三口瓶中，在300rad/min机械搅拌，常温空气气氛下反应15h。反 复用蒸馏水清洗，并用磁座分离，直到上清液电导率为50μs/cm左右，在留下 的磁性颗粒中加入蒸馏水50mL，搅拌分散，超声振荡20min，得到稳定的多巴 胺改性磁性纳米粒子悬浮液。多巴胺氧化交联的过程如图1。多巴胺改性磁性纳 米粒子的红外光谱图如图2，红外谱图上有四氧化三铁和聚多巴胺的特征峰。制 得的多巴胺改性磁性纳米粒子的饱和磁化强度最高可达53.01emu/g，其磁滞曲线 如图3。制得的多巴胺改性磁性纳米粒子呈现奇特的聚集形态，由大约20多个 十几纳米的粒子聚集形成200nm左右的团聚体，如图4。
实施例2
Fe3O4水基磁流体的合成参照实施例1。取5mL超声过的Fe3O4水基磁流体、 0.1g DOPA和50mL 10mmol/L Tris-HCl缓冲溶液于100mL三口瓶中，在300 rad/min机械搅拌，常温空气气氛下反应15h。其余步骤同实施例1。合成的多巴 胺改性磁性纳米粒子的饱和磁化强度最高可达40.53emu/g。
实施例3
Fe3O4水基磁流体的合成参照实施例1。取2.5mL超声过的Fe3O4水基磁流 体、0.1g DOPA和50mL 10mmol/L Tris-HCl缓冲溶液于100mL三口瓶中，在 300rad/min机械搅拌，常温空气气氛下反应27h。其余步骤同实施例1。合成的 多巴胺改性磁性纳米粒子的饱和磁化强度最高可达38.83emu/g。
实施例4
Fe3O4水基磁流体的合成参照实施例1。取5mL超声过的Fe3O4水基磁流体、 0.1g DOPA和50mL 10mmol/L Tris-HCl缓冲溶液于100mL三口瓶中，在300 rad/min机械搅拌，常温空气气氛下反应27h。其余步骤同实施例1。合成的多巴 胺改性磁性纳米粒子的饱和磁化强度最高可达46.35emu/g。