高磁响应单分散Fe3O4磁性微球制备及相关性能研究

摘要

Fe3O4因其良好的生物相容和无毒性被广泛应用于生物医药领域。纳米微米技术如今在不同领域内的地位也越来越重要，而磁性微球在生物医药方面的应用尤为突出。目前磁性微球中的Fe3O4纳米颗粒多由共沉淀合成法制备，但由该法制备的Fe3O4饱和磁化强度较低，同时易被氧化，其应用性因此受限。溶剂热法制备的Fe3O4晶体颗粒具有诸多优点，例如高磁响应性、单分散性、高结晶度、高纯度等，为当今晶体合成的研究热点。但溶剂热法制备磁性微球芯材不易控制磁性芯材的粒径大小，易发生聚沉，由此限制了其应用性，改进方面还需进一步探索。
　　鉴此，本文使用溶剂热法制备亲水性Fe3O4纳米粒子，并通过改变反应条件探索溶剂热Fe3O4的制备工艺以获得理想的粒径大小;将所制备的亲水Fe3O4纳米粒子分散在水性介质中，采用生物可降解材料PLA（聚DL-丙交酯）和PLGA（聚乳酸-羟基乙酸共聚物）作为壁材，通过复合乳液法和T型微通道法制备磁性微球并对制备条件进行优化;借助XRD、GC、FTIR、TGA、VSM（振动样品磁强计）、SEM与光学显微镜等对所制备Fe3O4和磁性微球的有效成分、组分比例、磁性能、结构及形貌等方面进行表征分析。
　　所得结论如下:
　　(1)纳米级亲水Fe3O4的制备与性能表征
　　以乙二醇为反应介质的溶剂热法和水热法制备的Fe3O4纳米粒子饱和磁化强度远高于以Fe2+及Fe3+为原料的共沉淀法制得的样品，磁化强度分别为88.4683emu/g和90.5837emu/g，而共沉淀法制备的Fe3O4仅有57.455emu/g。
　　溶剂热法制备的Fe3O4颗粒为单分散的纳米级粒子，且具有较好的亲水性。溶剂热制备Fe3O4的影响因素主要为前躯体Fe3+浓度、反应温度和反应时间。前躯体Fe3+浓度影响Fe3O4颗粒的粒径大小:浓度越高，制得的Fe3O4颗粒粒径越大。反应温度和反应时间影响Fe3O4的成型，但对Fe3O4的粒径和形态影响不大。
　　(2)复合乳液法制备磁性微球
　　以溶剂热法制备的亲水纳米Fe3O4粒子为芯材，PMMA为壁材，PVA浓度为1wt％，m（芯材）∶m（壁材）=4∶1，乳化转速为5000r/min工艺条件下所制得的磁性微球外观圆整，表面平滑，粒径分布相对较宽(10-50nm)。
　　由于机械剪切力的存在，溶剂热法制备的亲水Fe3O4颗粒趋于向外水相逃脱而导致包覆失败或者包覆率不高，使致复合乳液法并不适用于带有亲水性磁性纳米颗粒的磁性微球。
　　(3)T型微通道法制备磁性微球
　　W/O初乳液中加入0.25-0.5wt％的明胶水溶液有利于形成稳定的W/O/W复乳。通过调节水相及油相的流量改变流量比，可改变初乳在微通道内的间距，从而影响所制备微胶囊的粒径。当v水相∶v油相为300∶1，即水相流速为150μL/min，油相流速为0.5μL/min时，制得的磁性微球具有良好的单分散性。
　　在20C的固化温度下，可制备出性能良好的磁性微球:粒径集中分布在145μm。磁性微球中Fe3O4的包覆率为62.7％，磁性微球比饱和磁化强度为0.96emu/g，剩磁接近于零，表现出良好顺磁性。最佳工艺制备条件为:芯壁比m(Fe3O4)∶m(PLA)=1∶10;水相流量150μL/min，油相流速0.5μL/min（即v水相∶v油相=300∶1）;反应微通道长度5m;微通道连续相流动通路内径500μL、分散相流动通路内径330μL。溶剂CH2Cl2残留率小于160ppm。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 纳米磁体

1．1．1 纳米磁体Fe3O4的特点及应用

1．1．2 纳米级Fe3O4的制备

1．2 水热法／溶剂热法制备磁性微球芯材的研究进展及应用

1．3 微球技术

1．3．1 微球芯材

1．3．2 微球制备方法

1．3．3 微通道反应器制备微球

1．3．4 磁性微球的生物相容性

1．4 磁性微球研究进展及应用

1．5 本课题的设计思路及研究内容

1．5．1 设计思路

1．5．2 研究内容

第二章 溶剂热制备亲水性Fe3O4纳米粒子及其性能表征

2．0 前言

2．1 实验部分

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器

2．1．3 实验步骤

2．2 结果与讨论

2．2．1 溶剂热法制备Fe3O4性能表征

2．2．2 溶剂热法制备Fe3O4的影响因素

2．3 本章小结

第三章 复合乳液法制备磁性微胶囊及其相关性能

3．1 前言

3．2 实验部分

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验仪器

3．1．3 实验步骤

3．2 结果与讨论

3．2．1 微球固化前W／O／W乳液体系

3．2．2 外水相中不同乳化剂对磁性微胶囊制备的影响

3．2．3 复合乳液法制备磁性微胶囊的结构表征

3．3 本章小结

第四章 T型微通道法制备磁性微球及其相关性能

4．1 实验部分

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验仪器

4．1．3 实验步骤

4．2 结果与讨论

4．2．1 T型微通道制备PLA微球的影响因素

4．2．2 T型微通道制备磁性微球的性能表征

4．2．3 T型微通道制备PLGA磁性微球

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢